KR101987357B1 - Hydrogen Filling System having Hydrogen Storage Vessel and Method of Operating the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 수소저장용기를 포함하는 수소충전시스템 및 상기 수소충전시스템의 운용 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수소저장용기를 실시간 모니터링 할 수 있는 수소충전시스템 및 상기 수소충전시스템의 운용 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a hydrogen charging system including a hydrogen storage container and a method of operating the hydrogen charging system, and more particularly, to a hydrogen charging system capable of real-time monitoring of a hydrogen storage container and a method of operating the hydrogen charging system. will be.
최근, 청정 에너지원으로서, 연료 전지의 연료가 되는 수소가 주목받고 있다. 그러나, 수소는 금속의 고압 수소 가스 용기만이 아니라, 경량화를 위해 알루미늄 합금제 또는 강화 플라스틱을 재료로 하는 라이너를 이용한 고압 수소 가스 용기에 있어서도 공통적인 부분으로 신뢰성을 높이기 위해, 내수소취화성이 우수한 재료가 요구되고 있다.In recent years, hydrogen, which is a fuel of a fuel cell, has attracted attention as a clean energy source. However, hydrogen is not only a metal high-pressure hydrogen gas container, but also a high-pressure hydrogen gas container using a liner made of aluminum alloy or reinforced plastic to reduce weight, and has excellent hydrogen embrittlement resistance to increase reliability. Material is required.
이에, 내수소취화성을 개선한 용기는 알루미늄 합금 또는 금속 등의 라이너의 외면에 섬유 강화 수지 또는 강화 섬유를 감아 붙인 구조(TYPE3)와 강화 플라스틱을 주재료로 한 용기에 강화 섬유를 감아 붙인 구조(TYPE4)로 분류된다. Accordingly, the container having improved hydrogen embrittlement resistance has a structure in which a fiber reinforced resin or a reinforcing fiber is wound around the outer surface of a liner such as an aluminum alloy or a metal (TYPE3) and a structure in which the reinforcing fiber is wound around a container made of the reinforcement plastic (TYPE4). Are classified as).
한편, 어쿠스틱 센서를 이용한액화연료누출검사장치및누출검사방법등이존재하나, 액화천연가스용기의 누출 검사용으로써, 수소저장용기에 적합하지 않고, 파손 여부를 확인할 수 있을 뿐 새로운 용기로 교체 유지 관리 하여 근본적인 문제를 해결하지 못하고 있다.On the other hand, there are liquefied fuel leakage inspection devices and leak inspection methods using acoustic sensors, but they are not suitable for hydrogen storage containers and can be checked for damages. It is not managed to solve the fundamental problem.
본 발명의 기술적 과제는 이러한 배경기술에서 착안된 것으로, 본 발명의 목적은 수소의 누설을 사전에 예방하기 위한 수소저장용기를 포함하는 수소충전시스템을 제공하는 것이다. The technical problem of the present invention was conceived in this background, an object of the present invention is to provide a hydrogen charging system including a hydrogen storage container for preventing the leakage of hydrogen in advance.
본 발명의 다른 목적은 상기 수소저장용기를 포함하는 상기 수소충전시스템의 운용방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method of operating the hydrogen charging system including the hydrogen storage container.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 수소충전시스템은 복수의 수소저장용기들을 포함하는 제1 충전소, 및 상기 제1 충전소로부터 데이터를 수신하고, 상기 제1 충전소로 상기 데이터로부터 계산된 정보를 제공하는 중앙 서버부를 포함한다. 각각의 상기 수소저장용기는 용기, 상기 용기의 표면에 설치되어 음향 방사(acoustic emission)를 이용하여, 상기 용기의 파손 위치를 검출하는 적어도 하나 이상의 음향 센서, 및 상기 용기의 표면과 마주보게 설치되어, 상기 용기의 외경을 측정하는 적어도 하나 이상의 변위 센서를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a hydrogen charging system including a first charging station including a plurality of hydrogen storage containers, and receiving data from the first charging station, and receiving data from the first charging station. It includes a central server unit for providing the calculated information. Each of the hydrogen storage vessels is installed on a vessel, at least one acoustic sensor installed on the surface of the vessel, and using acoustic emission to detect a breakage position of the vessel, and facing the surface of the vessel. At least one displacement sensor for measuring the outer diameter of the container.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 수소충전시스템은 복수의 수소저장용기들을 포함하는 제1 충전소를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 충전소는 각각 상기 수소저장용기의 상기 음향 센서 및 상기 변위 센서를 이용하여, 상기 용기의 외경 데이터 및 상기 용기의 파손 여부 및 파손 위치에 대한 파손 정보를 생성할 수 있다. 상기 중앙 서버부는 상기 제1 충전소 및 상기 제2 충전소로부터 상기 외경 데이터 및 상기 파손 정보를 수신하고, 상기 외경 데이터 및 상기 파손 정보로부터 상기 용기의 파손율이 높은 외경 범위를 계산하여, 상기 용기의 파손율이 높은 상기 용기의 외경 범위에 대한 위험범위 외경 정보를 생성할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the hydrogen charging system may further include a first charging station including a plurality of hydrogen storage containers. Each of the first and second filling stations may generate damage information on the outer diameter data of the container and whether or not the container is damaged and the location of the damage by using the acoustic sensor and the displacement sensor of the hydrogen storage container, respectively. The central server unit receives the outer diameter data and the damage information from the first charging station and the second charging station, calculates an outer diameter range having a high damage rate of the container from the outer diameter data and the damage information, and breaks the container. Danger range outer diameter information for the outer diameter range of the container having a high rate can be generated.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 중앙 서버부는 상기 위험범위 외경 정보를 상기 제1 및 제2 충전소에 제공할 수 있다. 상기 제1 및 제2 충전소는 상기 용기들의 외경을 상기 변위 센서를 이용하여 실시간으로 측정할 수 있다. 상기 제1 및 제2 충전소 운용 중, 상기 수소저장용기의 상기 용기가 상기 용기의 파손율이 높은 외경 범위에 해당하는 경우, 해당 수소저장용기를 점검하거나 새로운 수소저장용기로 교체할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the central server unit may provide the dangerous range outer diameter information to the first and second charging station. The first and second filling stations may measure the outer diameter of the containers in real time using the displacement sensor. During the operation of the first and second filling stations, when the vessel of the hydrogen storage vessel falls within the outer diameter range of the breakage rate of the vessel, the hydrogen storage vessel may be checked or replaced with a new hydrogen storage vessel.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 중앙 서버부는 상기 위험범위 외경 정보를 상기 제1 및 제2 충전소에 제공할 수 있다. 상기 제1 및 제2 충전소는 상기 용기들의 외경을 상기 변위 센서를 이용하여 실시간으로 측정할 수 있다. 상기 제1 및 제2 충전소 운용 중, 상기 수소저장용기의 상기 용기가 상기 용기의 파손율이 높은 외경 범위에 해당하는 경우, 사용자에게 경고할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the central server unit may provide the dangerous range outer diameter information to the first and second charging station. The first and second filling stations may measure the outer diameter of the containers in real time using the displacement sensor. During operation of the first and second filling stations, when the vessel of the hydrogen storage vessel falls within the outer diameter range where the damage rate of the vessel is high, the user may be warned.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 수소저장용기는 상기 변위 센서가 설치되는 프레임을 더 포함할 수 있다. 상기 변위 센서는 상기 수소저장용기의 외경을 측정할 수 있도록 2개 이상이 배치될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the hydrogen storage container may further include a frame in which the displacement sensor is installed. Two or more displacement sensors may be disposed to measure an outer diameter of the hydrogen storage container.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 프레임과 상기 변위 센서 사이에는 높이 조절부가 형성되어, 상기 용기의 크기가 다양하게 변경되더라도, 상기 높이 조절부의 높이를 조절하여, 상기 변위 센서와 상기 용기의 상기 표면 사이의 거리가, 상기 변위 센서가 작동할 수 있는 적절한 범위 내에 포함되도록 할 수 있다. In one embodiment of the present invention, a height adjustment portion is formed between the frame and the displacement sensor, even if the size of the container is changed in various ways, by adjusting the height of the height adjustment portion, the displacement sensor and the container of the The distance between the surfaces may be included in an appropriate range in which the displacement sensor can operate.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 음향 센서는 제1 내지 제4 음향 센서를 포함할 수 있다. 상기 변위 센서는 제1 내지 제4 변위 센서를 포함할 수 있다. 상기 용기의 단면 상에서, 상기 용기의 상측의 표면 상에 상기 제1 음향 센서가 부착되어 설치되고, 상기 용기의 하측의 표면 상에 상기 제2 음향 센서가 부착되어 설치되고, 상기 용기 좌측 및 우측의 표면 상에 상기 제3 음향 센서 및 상기 제4 음향 센서가 부착되어 설치될 수 있다. 상기 용기의 상기 상측과 마주보도록 상기 제1 변위 센서가 상기 프레임에 설치되고, 상기 용기 상기 하측과 마주보도록 상기 제2 변위 센서가 상기 프레임에 설치되고, 상기 용기 좌측 및 우측과 마주보도록 상기 제3 변위 센서 및 상기 제4 변위 센서가 상기 프레임에 설치될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the acoustic sensor may include first to fourth acoustic sensors. The displacement sensor may include first to fourth displacement sensors. On the cross section of the container, the first acoustic sensor is attached to the surface of the upper side of the container, and the second acoustic sensor is attached to the lower surface of the container. The third acoustic sensor and the fourth acoustic sensor may be attached to a surface thereof. The first displacement sensor is installed on the frame to face the upper side of the container, and the second displacement sensor is installed on the frame to face the lower side of the container, and the third displacement sensor faces the left and right sides of the container. The displacement sensor and the fourth displacement sensor may be installed in the frame.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 수소저장용기는 상기 변위 센서가 설치되는 프레임을 더 포함할 수 있다. 상기 음향 센서와 상기 변위 센서는 서로 마주 보게 배치될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the hydrogen storage container may further include a frame in which the displacement sensor is installed. The acoustic sensor and the displacement sensor may be disposed to face each other.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 수소충전시스템의 운용방법은 용기, 상기 용기의 표면에 설치되어 음향 방사(acoustic emission)를 이용하여, 상기 용기의 파손 위치를 검출하는 적어도 하나 이상의 음향 센서, 및 상기 용기의 표면과 마주보게 설치되어, 상기 용기의 외경을 측정하는 적어도 하나 이상의 변위 센서를 포함하는 수소저장용기를 복수개 포함하는 충전소를 설치하는 단계, 상기 변위 센서를 이용하여 복수개의 상기 용기들에 대해 각각의 외경을 측정하는 외경 감지 단계, 상기 측정된 값들로부터 상기 용기들에 대한 외경 데이터를 생성하는 데이터화 단계, 상기 음향 센서를 이용하여 상기 용기들 중 파손이 일어난 용기에 대해 파손 위치를 검출하여, 상기 용기의 파손 여부 및 파손 위치에 대한 파손 정보를 생성하는 파손부위 확인 단계, 상기 파손이 일어난 용기에 대해 측정된 외경 데이터에 상기 파손 정보를 동기화하여, 상기 파손 정보에 대응하는 상기 외경 데이터 값을 업데이트하는 데이터 업데이트 단계, 및 상기 외경 데이터 및 상기 파손 정보를 이용하여, 상기 용기의 파손율이 높은 외경 범위를 계산하는 파손율이 높은 외경 범위 계산 단계를 포함한다. The operating method of the hydrogen charging system according to an embodiment for realizing the object of the present invention is installed on the container, the surface of the container using at least acoustic emission (acoustic emission), at least to detect the damaged position of the container Installing a charging station including a plurality of hydrogen storage vessels including at least one acoustic sensor and at least one displacement sensor installed to face the surface of the vessel, the at least one displacement sensor measuring the outer diameter of the vessel, using the displacement sensor An outer diameter sensing step of measuring respective outer diameters of the plurality of containers, a data conversion step of generating outer diameter data for the containers from the measured values, and a damaged one of the containers using the acoustic sensor. Detect the damage location of the container, and generate damage information on whether or not the container is broken A damage updating step, synchronizing the damage information to outer diameter data measured for the container in which the damage occurred, and updating the outer diameter data value corresponding to the damaged information, and updating the outer diameter data and the damaged information And calculating the outer diameter range having a high breakage rate to calculate an outer diameter range having a high breakage rate of the container.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 수소충전시스템의 운용방법은 상기 용기들의 외경을 상기 변위 센서를 이용하여 실시간으로 측정하여, 상기 충전소들 운용 중, 상기 수소저장용기의 상기 용기가 상기 용기의 파손율이 높은 외경 범위에 해당하는 경우, 사용자에게 경고하는 실시간 감지단계를 더 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the operating method of the hydrogen filling system by measuring the outer diameter of the vessels in real time using the displacement sensor, during the operation of the filling stations, the vessel of the hydrogen storage vessel of the vessel If the damage rate corresponds to a high outer diameter range, it may further include a real-time detection step to warn the user.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 수소충전시스템의 운용방법은 상기 위험범위 외경 정보를 이용하여, 수소저장용기의 점검 또는 교체를 통해 누설로 인해 발생할 수 있는 사고를 사전에 예방하는 단계를 포함 할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the operation method of the hydrogen charging system using the risk range outer diameter information, including the step of preventing accidents due to leakage through the inspection or replacement of the hydrogen storage container in advance. can do.
본 발명의 실시예들에 따르면, 수소충전시스템은 복수의 수소저장용기들을 포함하는 제1 충전소, 및 상기 제1 충전소로부터 데이터를 수신하고, 상기 제1 충전소로 상기 데이터로부터 계산된 정보를 제공하는 중앙 서버부를 포함한다. 각각의 상기 수소저장용기는 용기, 상기 용기의 표면에 설치되어 음향 방사(acoustic emission)를 이용하여, 상기 용기의 파손 위치를 검출하는 적어도 하나 이상의 음향 센서, 및 상기 용기의 표면과 마주보게 설치되어, 상기 용기의 외경을 측정하는 적어도 하나 이상의 변위 센서를 포함한다. 이에 따라, 상기 용기의 외경을 실시간으로 측정할 수 있으며, 상기 용기의 파손 여부 및 위치를 감지하여 데이터화 할 수 있으며, 이를 통해 파손율이 높은 외경 범위를 계산하여, 충전소 운용 중, 상기 용기가 파손율이 높은 외경 범위에 해당하는 경우, 사용자에게 미리 경고하여, 용기의 파손을 미리 예방할 수 있다. According to embodiments of the present invention, a hydrogen charging system receives a data from a first charging station including a plurality of hydrogen storage containers, and the first charging station, and provides information calculated from the data to the first charging station It includes a central server unit. Each of the hydrogen storage vessels is installed on a vessel, at least one acoustic sensor installed on the surface of the vessel, and using acoustic emission to detect a breakage position of the vessel, and facing the surface of the vessel. At least one displacement sensor for measuring the outer diameter of the container. Accordingly, the outer diameter of the container may be measured in real time, and the data may be detected by detecting whether or not the container is broken, and thereby, the outer diameter range having a high breakage rate may be calculated to calculate the outer diameter range of the container, thereby causing the container to be damaged during operation of the filling station. When the rate falls within the outer diameter range, the user can be warned in advance to prevent damage to the container.
다만, 본 발명의 효과는 상기 효과들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다. However, the effects of the present invention are not limited to the above effects, and may be variously extended within a range without departing from the spirit and scope of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소저장용기의 평면도이다.
도 2는 도 1의 I-I'선을 따라 절단한 수소저장용기의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소충전시스템의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소충전시스템의 운용방법을 나타낸 순서도이다. 1 is a plan view of a hydrogen storage container according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the hydrogen storage vessel taken along the line II ′ of FIG. 1.
3 is a block diagram of a hydrogen charging system according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a method of operating a hydrogen charging system according to an embodiment of the present invention.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. As the inventive concept allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소저장용기의 평면도이다. 도 2는 도 1의 I-I'선을 따라 절단한 수소저장용기의 단면도이다. 1 is a plan view of a hydrogen storage container according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of the hydrogen storage vessel taken along the line II ′ of FIG. 1.
도 1 및 2를 참조하면, 상기 수소저장용기는 용기(10), 지지부(20), 프레임(30), 복수의 음향 센서(AS) 및 복수의 변위 센서(DS)를 포함할 수 있다. 1 and 2, the hydrogen storage container may include a
상기 용기(10)는 금속 라이너 및 상기 금속 라이너를 감싸는 복합재료 라이너를 포함할 수 있다. 상기 용기(10)는 상기 금속 라이너 상에 필라멘트 와인딩(filament widing) 공법을 사용해, 탄소 섬유에 에폭시 수지를 함침시켜 후프(hoop)와 헬리컬 공정을 통해 이를 감싸(full wrap)형성하는 타입3(type3)의 수소저장용 용기일 수 있다. The
상기 용기(10)는 제1 방향(D1)으로 연장되는 원통형의 용기일 수 있으며, 상기 제1 방향(D1)에 수직한 제2 방향(D2) 및 제3 방향(D3)이 이루는 평면 상의 절단면이 원형일 수 있다. The
상기 지지부(20)는 상기 용기(10)의 네크 부분을 지지할 수 있으며, 이에 따라, 상기 용기(10)의 내부 압력 및 온도에 따라, 상기 용기(10)의 외경이 변화 하더라도, 상기 용기(10)를 견고하게 지지할 수 있다. The
상기 프레임(30)은 상기 용기(10)의 일 단면을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 상기 프레임(30)에는 상기 변위 센서(DS)가 설치될 수 있다. 상기 변위 센서는 제1 내지 제4 변위 센서들(DSa, DSb, DSc, DSd)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 용기(10)의 단면 상에서, 상기 용기(10)의 상측과 마주보도록 상기 제1 변위 센서(DSa)가 상기 프레임(30)에 설치되고, 상기 용기(10) 상기 제2 방향(D2)의 하측과 마주보도록 상기 제2 변위 센서(DSb)가 상기 프레임(30)에 설치되고, 상기 용기(10) 좌측 및 우측과 마주보도록 상기 제3 변위 센서(DSc) 및 상기 제4 변위 센서(DSd)가 상기 프레임(30)에 설치될 수 있다. The
상기 변위 센서(DS)는 상기 용기(10)의 외경을 실시간으로 측정할 수 있다. 상기 변위 센서(DS)는 특정 물체를 향해 레이저빔을 조사하여 특정 물체에 부딪혀 반사되는 레이저를 수신하여 특정 물체와의 거리를 측정하는 레이저 변위센서일 수 있으며, 예를 들면, 상기 변위 센서(DS)와 마주보게 배치되는 상기 음향 센서(AS)의 면에 레이저 빔을 조사하고 반사되는 레이저를 수신하여 상기 용기(10)의 외경을 측정할 수 있으며, 상기 제1 및 제2 변위 센서(DSa, DSb)를 이용하여 측정한 외경과 상기 제3 및 제4 변위 센서(DSc, DSd)를 이용하여 측정한 외경을 이용하여, 평균된 외경을 구하거나, 이상이 발행한 방향의 외경을 측정할 수 있다. The displacement sensor DS may measure the outer diameter of the
이때, 상기 용기(10)의 외경과 무관하게, 상기 변위 센서들이 적절한 위치에 위치하도록, 각각의 상기 제1 내지 제4 변위 센서(ASa, ASb, ASc, ASd)와 상기 프레임(30) 사이에는 제1 내지 제4 위치 조절부(32a, 32b, 32c, 32d)가 더 배치될 수 있다. 상기 위치 조절부(32a, 32b, 32c, 32d)의 높이를 조절함으로써, 상기 용기(10)가 교체되는 등, 상기 용기(10)의 외경이 변화하는 경우에도, 상기 변위 센서가 정상 작동할 수 있는 적절한 위치로 상기 변위 센서의 설치 위치를 변경할 수 있다. At this time, irrespective of the outer diameter of the
상기 복수의 음향 센서들(AS)은 상기 용기(10)의 표면 상에 설치될 수 있다. 상기 복수의 음향 센서들(AS)은 상기 변위 센서들(DS)과 마주보도록 설치될 수 있다. 상기 복수의 음향 센서들(AS)은 제1 내지 제4 음향 센서(ASa, ASb, ASc, ASd)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 용기(10)의 단면 상에서, 상기 용기(10)의 상기 상측의 상기 표면 상에 상기 제1 음향 센서(ASa)가 부착되어 설치되고, 상기 용기(10)의 상기 하측의 상기 표면 상에 상기 제2 음향 센서(ASb)가 부착되어 설치되고, 상기 용기(10) 상기 좌측 및 우측의 상기 표면 상에 상기 제3 음향 센서(ASc) 및 상기 제4 음향 센서(ASd)가 부착되어 설치될 수 있다. The plurality of acoustic sensors AS may be installed on the surface of the
상기 음향 센서(AS)로부터 전달된 음향신호의 세기를 분석하여 상기 용기(10)의 파손 여부 및 파손위치를 검출할 수 있다. 구체적으로, 상기 음향 센서(AS)는 상기 용기(10)의 파손된 위치에서 발생되는 기체의 유동소리를 센싱하고, 상기 음향 센서(AS)로부터 전달된 상기 음향신호의 세기를 분석하여 상기 용기(10)의 파손위치를 검출할 수 있다. 여기서, 알려진 여러가지 방법들을 사용하여 누설 위치를 검출 할 수 있으며, 예를 들면, 음향 방사(acoustic emission)를 이용하여 상기 용기(10)의 파손위치를 검출할 수 있다. 상기 음향 방사는 고체재료의 소성변형이나 파괴에 수반하여 탄성에너지가 방출될 때 종파(縱波)로서 전파하는 현상을 말한다. AE파(acoustic emission wave)를 검출하면 금속 구조 부재(部材)의 진행성의 동적결함을 매크로적으로 효율성 있게 관측할 수 있기 때문에 수동적 비파괴시험이 가능해진다. AE파를 초음파센서를 사용하여 관측하는 방법을 AE법이라고 한다. The strength of the acoustic signal transmitted from the acoustic sensor AS may be analyzed to detect whether or not the
상기 음향 센서(AS)들은 복수의 위치에 설치될 수 있으며, 복수의 위치에서 음향방출신호를 감지할 수 있다. 음향방출신호의 hit 수, amplitude, rise time, count, duration 등을 분석하여, 상기 용기(10)의 파손 여부 및 파손위치를 검출할 수 있다. The acoustic sensors AS may be installed at a plurality of positions, and may detect acoustic emission signals at a plurality of positions. By analyzing the number of hits, amplitude, rise time, count, duration, etc. of the acoustic emission signal, it is possible to detect whether or not the
여기서, 상기 용기(10)의 파손 여부 및 파손위치를 검출하기 위한, 상기 음향방출신호의 고려될 수 있는 변수에 아래와 같이 예시될 수 있다. Here, to detect whether the
event: 발생원에서 음향방출 신호를 발생시키는 것을 나타내는 것,event: indicating the generation of an acoustic emission signal from a source,
hit: 음향방출빈도를 나타내는 것으로 탐촉자에서 검출한 돌발형신호 하나를 나타내는 것hit: A measure of the frequency of sound emission, representing one abrupt signal detected by the transducer
amplitude: 한 개의 음향방출 event의 최대진폭amplitude: the maximum amplitude of an acoustic emission event
count: 설정된 임계전압을 넘는 파고의 수count: the number of crests above the set threshold voltage
rise time: 한 event에서 임계전압을 능가한 시각부터 최대진폭에 도달할 때까지 걸린 시간rise time: The time from when the threshold voltage is exceeded to the maximum amplitude in an event
duration: 한 event에서 임계전압을 능가한 시각부터 event의 끝나는 시각까지 걸린 시간duration: The time from when the event exceeded the threshold voltage to the end of the event
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소충전시스템의 블록도이다. 3 is a block diagram of a hydrogen charging system according to an embodiment of the present invention.
도 1 내지 3을 참조하면, 상기 수소충전시스템은 제1 충전소(100), 제2 충전소(200), 제3 충전소(300) 등의 복수의 충전소 및 중앙 서버부(500)를 포함할 수 있다. 1 to 3, the hydrogen charging system may include a plurality of charging stations and a
상기 제1 충전소(100)는 복수의 수소저장용기들(10a, 10b, 10c, 10d, 10e)을 포함할 수 있다. 상기 각각의 수소저장용기는 도 1 및 2에서 도시된 바와 같이, 지지부(20)에 의해 지지되고, 프레임(30)이 설치되며, 변위 센서(DS) 및 음향 센서(AS)를 이용하여, 용기의 외경 및 파손 여부 및 파손 위치가 감지될 수 있다. 도면에서는 상기 수소저장용기들(10a, 10b, 10c, 10d, 10e)이 모두 동일한 크기로 도시되어 있으나, 상기 수소저장용기들은 서로 다른 크기의 규격을 가질 수도 있다. The first charging station 100 may include a plurality of
즉, 상기 제1 내지 제3 충전소(100, 200, 300)는 각각 상기 수소저장용기의 상기 음향 센서 및 상기 변위 센서를 이용하여, 상기 용기의 외경 데이터 및 상기 용기의 파손 여부 및 파손 위치에 대한 파손 정보(DATA)를 생성할 수 있다. That is, the first to third charging stations (100, 200, 300) using the acoustic sensor and the displacement sensor of the hydrogen storage vessel, respectively, the outer diameter data of the vessel and whether the damage of the vessel and the location of the damage Damage information DATA may be generated.
상기 중앙 서버부(500)는 상기 제1 내지 제3 충전소들(100, 200, 300)로부터 상기 외경 데이터 및 상기 파손 정보(DATA)를 수신하고, 상기 외경 데이터 및 상기 파손 정보(DATA)로부터 상기 용기의 파손율이 높은 외경 범위를 계산하여, 상기 용기의 파손율이 높은 상기 용기의 외경 범위에 대한 위험범위 외경 정보(INF)를 생성할 수 있다. The
상기 중앙 서버부(500)는 상기 위험범위 외경 정보(INF)를 상기 제1 내지 제3 충전소들(100, 200, 300)에 제공하고, 상기 제1 내지 제3 충전소들(100, 200, 300)은 상기 용기들의 외경을 상기 변위 센서를 이용하여 실시간으로 측정할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 내지 제3 충전소들(100, 200, 300)이 운용 중, 상기 수소저장용기의 상기 용기가 상기 용기의 파손율이 높은 외경 범위에 해당하는 경우, 사용자에게 경고하여, 사용자가 해당 용기를 확인하고, 용기를 미리 교체할 수 있도록하여 상기 용기의 파손을 예방할 수 있다. The
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소충전시스템의 운용방법을 나타낸 순서도이다. 4 is a flowchart illustrating a method of operating a hydrogen charging system according to an embodiment of the present invention.
상기 수소충전시스템의 운용방법은 설치하는 단계(S100), 외경 감지 단계(S200), 데이터화 단계(S300), 파손부위 확인 단계(S400), 데이터 업데이트 단계(S500), 파손율이 높은 외경 범위 계산 단계(S600), 실시간 감지단계(S700)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 수소충전시스템의 운용방법은 사고를 사전에 예방하는 단계(S800)를 더 포함할 수 있다. The operating method of the hydrogen charging system is the installation step (S100), the outer diameter detection step (S200), the data step (S300), the damage site check step (S400), the data update step (S500), the outer diameter range of the failure rate is calculated high A step S600 and a real time detection step S700 may be included. In addition, the operating method of the hydrogen charging system may further include a step (S800) to prevent accidents in advance.
상기 설치하는 단계(S100)에서는, 용기, 상기 용기의 표면에 설치되어 음향 방사(acoustic emission)를 이용하여, 상기 용기의 파손 위치를 검출하는 적어도 하나 이상의 음향 센서, 및 상기 용기의 표면과 마주보게 설치되어, 상기 용기의 외경을 측정하는 적어도 하나 이상의 변위 센서를 포함하는 수소저장용기를 복수개 포함하는 충전소를 설치할 수 있다. 상기 충전소는 복수개가 설치될 수 있다. In the installing step (S100), the container, at least one acoustic sensor which is installed on the surface of the container to detect the damaged position of the container using acoustic emission, and facing the surface of the container It is installed, it is possible to install a filling station including a plurality of hydrogen storage vessel including at least one displacement sensor for measuring the outer diameter of the vessel. The charging station may be provided in plurality.
상기 외경 감지 단계(S200)에서는, 상기 변위 센서를 이용하여 복수개의 상기 용기들에 대해 각각의 외경을 측정할 수 있다. 상기 외경 측정은 실시간으로 계속적으로 진행될 수 있다. In the outer diameter detecting step S200, each outer diameter of the plurality of containers may be measured using the displacement sensor. The outer diameter measurement may be continuously performed in real time.
상기 데이터화 단계(S300)에서는, 상기 측정된 값들로부터 상기 용기들에 대한 외경 데이터를 생성할 수 있다. In the data step S300, external diameter data of the containers may be generated from the measured values.
상기 파손부위 확인 단계(S400)에서는, 상기 음향 센서를 이용하여 상기 용기들 중 파손이 일어난 용기에 대해 파손 위치를 검출하여, 상기 용기의 파손 여부 및 파손 위치에 대한 파손 정보를 생성할 수 있다. In the damage site confirmation step (S400), by using the acoustic sensor to detect the damage location of the damaged containers of the containers, it is possible to generate the damage information about the damage and the location of the container.
상기 데이터 업데이트 단계(S500)에서는, 상기 파손이 일어난 용기에 대해 측정된 외경 데이터에 상기 파손 정보를 동기화하여, 상기 파손 정보에 대응하는 상기 외경 데이터 값을 업데이트할 수 있다. In the data update step (S500), by synchronizing the damage information to the outer diameter data measured for the damaged container, it is possible to update the outer diameter data value corresponding to the damage information.
상기 파손율이 높은 외경 범위 계산 단계(S600)에서는, 상기 외경 데이터 및 상기 파손 정보를 이용하여, 상기 용기의 파손율이 높은 외경 범위를 계산할 수 있다. In the outer diameter range calculation step (S600) having a high breakage rate, the outer diameter range having a high breakage rate of the container may be calculated using the outer diameter data and the breakage information.
상기 실시간 감지단계(S700)에서는, 상기 용기들의 외경을 상기 변위 센서를 이용하여 실시간으로 측정하여, 상기 충전소들 운용 중, 상기 수소저장용기의 상기 용기가 상기 용기의 파손율이 높은 외경 범위에 해당하는 경우, 사용자에게 경고할 수 있다. In the real-time detection step (S700), by measuring the outer diameter of the vessels in real time using the displacement sensor, during operation of the filling stations, the vessel of the hydrogen storage vessel corresponds to the outer diameter range of the high damage rate of the vessel If so, the user can be alerted.
상기 사고를 사전에 예방하는 단계(S800)에서는, 상기 실시간 감지단계(S700)에 따라 상기 용기의 파손율이 높은 외경 범위에 해당하는 경우, 사용자는 해당 용기를 확인하여 이상여부를 발견하면 해당 용기를 교체하여 사고를 사전에 예방할 수 있다. 또한, 상기 용기의 파손율이 높은 외경 범위에 해당하는 경우, 이상이 발견되지 않더라도, 안전상의 이유로 미리 해당 용기를 교체할 수도 있을 것이다. In the step of preventing the accident in advance (S800), if the damage rate of the container according to the real-time detection step (S700) falls within the high outer diameter range, the user checks the container to find out whether there is an abnormality You can prevent accidents by replacing them. In addition, when the damage rate of the container falls within the high outer diameter range, even if no abnormality is found, the container may be replaced in advance for safety reasons.
본 발명의 실시예들에 따르면, 수소충전시스템은 복수의 수소저장용기들을 포함하는 제1 충전소, 및 상기 제1 충전소로부터 데이터를 수신하고, 상기 제1 충전소로 상기 데이터로부터 계산된 정보를 제공하는 중앙 서버부를 포함한다. 각각의 상기 수소저장용기는 용기, 상기 용기의 표면에 설치되어 음향 방사(acoustic emission)를 이용하여, 상기 용기의 파손 위치를 검출하는 적어도 하나 이상의 음향 센서, 및 상기 용기의 표면과 마주보게 설치되어, 상기 용기의 외경을 측정하는 적어도 하나 이상의 변위 센서를 포함한다. 이에 따라, 상기 용기의 외경을 실시간으로 측정할 수 있으며, 상기 용기의 파손 여부 및 위치를 감지하여 데이터화 할 수 있으며, 이를 통해 파손율이 높은 외경 범위를 계산하여, 충전소 운용 중, 상기 용기가 파손율이 높은 외경 범위에 해당하는 경우, 사용자에게 미리 경고하여, 용기의 파손에 의해 발생할 수 있는 사고를 미리 예방할 수 있다. According to embodiments of the present invention, a hydrogen charging system receives a data from a first charging station including a plurality of hydrogen storage containers, and the first charging station, and provides information calculated from the data to the first charging station It includes a central server unit. Each of the hydrogen storage vessels is installed on a vessel, at least one acoustic sensor installed on the surface of the vessel, and using acoustic emission to detect a breakage position of the vessel, and facing the surface of the vessel. At least one displacement sensor for measuring the outer diameter of the container. Accordingly, the outer diameter of the container may be measured in real time, and the data may be detected by detecting whether or not the container is broken, and thereby, the outer diameter range having a high breakage rate may be calculated to calculate the outer diameter range of the container, thereby causing the container to be damaged during operation of the filling station. When the rate falls within the outer diameter range, the user may be warned in advance to prevent accidents that may occur due to breakage of the container.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described with reference to the embodiments above, those skilled in the art will understand that the present invention can be variously modified and changed without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. Could be.
10: 용기 20: 지지부
30: 프레임 AS: 음향 센서
DS: 변위 센서 100, 200, 300: 충전소
500: 중앙 서버부 10: container 20: support
30: frame AS: acoustic sensor
DS: displacement sensor 100, 200, 300: charging station
500: central server unit
Claims (11)
상기 제1 충전소로부터 데이터를 수신하고, 상기 제1 충전소로 상기 데이터로부터 계산된 정보를 제공하는 중앙 서버부; 및
복수의 수소저장용기들을 포함하는 제 2 충전소를 포함하고,
각각의 상기 수소저장용기는
금속 라이너 및 상기 금속 라이너를 감싸고, 탄소 섬유를 포함하는 복합재료 라이너를 포함하는 용기;
상기 용기의 표면에 설치되어 음향 방사(acoustic emission)를 이용하여, 상기 용기의 파손 위치를 검출하는 적어도 하나 이상의 음향 센서; 및
상기 용기의 표면과 마주보게 설치되어, 상기 용기의 외경을 측정하고 적어도 2개 이상이 배치되는 변위 센서; 및
상기 변위 센서가 설치되는 프레임을 포함하고,
상기 제 1 및 제 2 충전소는 각각 상기 수소저장용기의 상기 음향 센서 및 상기 변위센서를 이용하여, 상기 용기의 외경 데이터 및 상기 용기의 파손 여부 및 파손 위치에 대한 파손 정보를 생성하고,
상기 중앙 서버부는 상기 제 1 충전소 및 상기 제 2 충전소로부터 상기 외경 데이터 및 상기 파손 정보를 수신하고, 상기 외경 데이터 및 상기 파손 정보로부터 상기 용기의 파손율이 높은 외경 범위를 계산하여 상기 용기의 파손율이 높은 상기 용기의 외경 범위에 대한 위험범위 외경 정보를 생성하는 것를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소충전시스템.A first charging station including a plurality of hydrogen storage containers; And
A central server unit for receiving data from the first charging station and providing information calculated from the data to the first charging station; And
A second charging station comprising a plurality of hydrogen storage vessels,
Each hydrogen storage container
A container comprising a metal liner and a composite liner surrounding the metal liner and comprising carbon fibers;
At least one acoustic sensor installed on a surface of the container to detect a damaged position of the container by using acoustic emission; And
A displacement sensor installed facing the surface of the container, the displacement sensor measuring an outer diameter of the container and disposed at least two or more; And
A frame on which the displacement sensor is installed,
The first and second filling stations respectively use the acoustic sensor and the displacement sensor of the hydrogen storage container to generate damage information on the outer diameter data of the container and whether or not the container is damaged and the location of the damage.
The central server unit receives the outer diameter data and the damage information from the first charging station and the second charging station, calculates an outer diameter range having a high damage rate of the container from the outer diameter data and the damage information, and thus damage rate of the container. Hydrogen charging system, characterized in that for generating a high risk range outer diameter information for the outer diameter range of the vessel.
상기 중앙 서버부는 상기 위험범위 외경 정보를 상기 제1 및 제2 충전소에 제공하고,
상기 제1 및 제2 충전소는 상기 용기들의 외경을 상기 변위 센서를 이용하여 실시간으로 측정하여,
상기 제1 및 제2 충전소 운용 중, 상기 수소저장용기의 상기 용기가 상기 용기의 파손율이 높은 외경 범위에 해당하는 경우,
해당 수소저장용기를 점검하거나 새로운 수소저장용기로 교체하는 것을 특징으로 하는 수소충전시스템. According to claim 1,
The central server unit provides the dangerous range outer diameter information to the first and second charging stations,
The first and second filling stations to measure the outer diameter of the containers in real time using the displacement sensor,
When the vessel of the hydrogen storage vessel is in the outer diameter range of the high damage rate of the vessel during operation of the first and second filling station,
Hydrogen charging system, characterized in that for checking the hydrogen storage container or replace with a new hydrogen storage container.
상기 중앙 서버부는 상기 위험범위 외경 정보를 상기 제1 및 제2 충전소에 제공하고,
상기 제1 및 제2 충전소는 상기 용기들의 외경을 상기 변위 센서를 이용하여 실시간으로 측정하여,
상기 제1 및 제2 충전소 운용 중, 상기 수소저장용기의 상기 용기가 상기 용기의 파손율이 높은 외경 범위에 해당하는 경우, 사용자에게 경고하는 것을 특징으로 하는 수소충전시스템. According to claim 1,
The central server unit provides the dangerous range outer diameter information to the first and second charging stations,
The first and second filling stations to measure the outer diameter of the containers in real time using the displacement sensor,
Hydrogen charging system, characterized in that for the first and second filling station operation, if the vessel of the hydrogen storage container falls within the outer diameter range of the high damage rate of the vessel.
상기 프레임과 상기 변위 센서 사이에는 높이 조절부가 형성되어, 상기 용기의 크기가 다양하게 변경되더라도, 상기 높이 조절부의 높이를 조절하여, 상기 변위 센서와 상기 용기의 표면 사이의 거리가, 상기 변위 센서가 작동할 수 있는 적절한 범위 내에 포함되도록 하는 것을 특징으로 하는 수소충전시스템. The method of claim 1,
A height adjusting part is formed between the frame and the displacement sensor, so that even if the size of the container is varied, the height adjusting part is adjusted so that the distance between the displacement sensor and the surface of the container is increased. Hydrogen charging system characterized in that it is included in the appropriate range to operate.
상기 음향 센서는 제1 내지 제4 음향 센서를 포함하고,
상기 변위 센서는 제1 내지 제4 변위 센서를 포함하고,
상기 용기의 단면 상에서, 상기 용기의 상측의 표면 상에 상기 제1 음향 센서가 부착되어 설치되고, 상기 용기의 하측의 표면 상에 상기 제2 음향 센서가 부착되어 설치되고, 상기 용기 좌측 및 우측의 표면 상에 상기 제3 음향 센서 및 상기 제4 음향 센서가 부착되어 설치되고,
상기 용기의 상기 상측과 마주보도록 상기 제1 변위 센서가 상기 프레임에 설치되고, 상기 용기 상기 하측과 마주보도록 상기 제2 변위 센서가 상기 프레임에 설치되고, 상기 용기 좌측 및 우측과 마주보도록 상기 제3 변위 센서 및 상기 제4 변위 센서가 상기 프레임에 설치되는 것을 특징으로 하는 수소충전시스템.The method of claim 1,
The acoustic sensor includes first to fourth acoustic sensors,
The displacement sensor includes first to fourth displacement sensors,
On the cross section of the container, the first acoustic sensor is attached to the surface of the upper side of the container, and the second acoustic sensor is attached to the lower surface of the container. The third acoustic sensor and the fourth acoustic sensor are attached to the surface and installed,
The first displacement sensor is installed on the frame to face the upper side of the container, and the second displacement sensor is installed on the frame to face the lower side of the container, and the third displacement sensor faces the left and right sides of the container. Hydrogen charging system, characterized in that the displacement sensor and the fourth displacement sensor is installed in the frame.
상기 변위 센서를 이용하여 복수개의 상기 용기들에 대해 각각의 외경을 측정하는 외경 감지 단계;
상기 측정된 값들로부터 상기 용기들에 대한 외경 데이터를 생성하는 데이터화 단계;
상기 음향 센서를 이용하여 상기 용기들 중 파손이 일어난 용기에 대해 파손 위치를 검출하여, 상기 용기의 파손 여부 및 파손 위치에 대한 파손 정보를 생성하는 파손부위 확인 단계;
상기 파손이 일어난 용기에 대해 측정된 외경 데이터에 상기 파손 정보를 동기화하여, 상기 파손 정보에 대응하는 상기 외경 데이터 값을 업데이트하는 데이터 업데이트 단계; 및
상기 외경 데이터 및 상기 파손 정보를 이용하여, 상기 용기의 파손율이 높은 외경 범위를 계산하는 파손율이 높은 외경 범위 계산 단계를 포함하는 수소충전시스템의 운용방법.At least one acoustic sensor installed on a surface of the container, the surface of the container using acoustic emission, and detecting a damaged position of the container, and installed to face the surface of the container to measure an outer diameter of the container. Installing a charging station including a plurality of hydrogen storage containers including at least one displacement sensor;
An outer diameter sensing step of measuring respective outer diameters of the plurality of containers using the displacement sensor;
A data step of generating outer diameter data for the containers from the measured values;
Detecting a damage site for detecting the damage location of the damaged containers of the container by using the acoustic sensor, and generating damage information on whether the container is damaged and the damaged location;
Updating the outer diameter data value corresponding to the damage information by synchronizing the damage information with the outer diameter data measured for the damaged container; And
Using the outer diameter data and the damage information, the operation method of the hydrogen charging system comprising a step of calculating the outer diameter range of the high failure rate to calculate the outer diameter range of the high failure rate of the container.
상기 용기들의 외경을 상기 변위 센서를 이용하여 실시간으로 측정하여, 상기 충전소들 운용 중, 상기 수소저장용기의 상기 용기가 상기 용기의 파손율이 높은 외경 범위에 해당하는 경우, 사용자에게 경고하는 실시간 감지단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소충전시스템의 운용방법. The method of claim 9,
The outer diameter of the vessels is measured in real time using the displacement sensor, and during operation of the filling stations, when the vessel of the hydrogen storage vessel falls within the outer diameter range where the damage rate of the vessel is high, a real-time detection Operation method of a hydrogen charging system, characterized in that it further comprises a step.
상기 수소충전시스템의 운용방법은 상기 파손율이 높은 외경 범위를 이용하여, 수소저장용기의 점검 또는 교체를 통해 누설로 인해 발생할 수 있는 사고를 사전에 예방하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소충전시스템의 운용방법.The method of claim 9,
The operating method of the hydrogen charging system further comprises the step of preventing accidents that may occur due to leakage through the inspection or replacement of the hydrogen storage container by using the outer diameter range of the high damage rate, the hydrogen, characterized in that How to operate the charging system.
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