KR102115454B1 - 수소가스 증압장치 - Google Patents

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장진숙
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Abstract

본 발명은 수소가스의 압력을 증가시켜 공급하기 위한 수소가스 증압장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 수소가스 증압장치는 본 발명의 실시예에 따른 수소가스 증압장치는 수소가스를 공급받아 1차 압축하는 제1 압축부, 상기 제1 압축부에서 압축된 수소가스를 전달받아 2차 압축하는 제2 압축부, 및 상기 제1 압축부와 상기 제2 압축부의 사이에 위치되어 유압에 의해 제1 압축부와 상기 제2 압축부가 상반된 작동을 하도록 상기 제1 압축부와 상기 제2 압축부를 연동하여 작동시키는 연동작동부를 포함하고, 상기 제1 압축부와 상기 제2 압축부 중 어느 하나는 상기 연동작동부에 의해 형상이 가변되면서 수소가스를 압축시키는 가변압축튜브, 상기 가변압축튜브가 수용되는 압축케이싱, 및 상기 가변압축튜브에 의한 수소가스의 압축비를 증가하도록상기 가변압축튜브가 최대 압축된 상태에서 상기 압축공간을 메우도록 상기 압축케이싱에서 돌출되어 상기 압축공간으로 삽입되는 압축코어부를 포함한다. 따라서, 수소가스를 증압시켜 공급할 수 있다.

Description

수소가스 증압장치{Hydrogen Gas booster}
본 발명은 수소가스의 압력을 증가시켜 공급하기 위한 수소가스 증압장치에 관한 것이다.
일반적으로 수소는 연소하면 매우 적은 양의 질소산화물만을 발생할 뿐 다른 공해물질이 생기지 않으며, 지구상에 존재하는 거의 무한한 양의 물을 원료로 만들어 내며, 사용 후에는 다시 물로 재순환되기 때문에 고갈될 걱정이 없기 때문에 화석연료를 대체하는 에너지로서 각광 받고 있다.
이러한 수소는 상온에서 기상으로 존재하기 때문에 저장을 위해서는 압축시켜 저장하는 데, 수소를 압축시키기 위한 압축기가 한국공개특허공보 제10-2019-0074359호(2019.6.28.공개) "다중 압축식 수소 압축 시스템"으로 개시된 바가 있다.
종래의 다중 압축식 수소 압축 시스템은 로터리구동방식의 압축기와 소형 쿨러를 이용하여 수소가스의 압축 및 냉각을 다단계로 세분화하여 진행함으로써, 압축 전 수소가스와 압축 후 수소가스의 압력 차이를 감소시켜 압축 전후의 수소가스의 압력차로 인한 맥동 및 하이드롤릭 쇽을 저감할 수 있었다.
하지만 종래의 다중 압축식 수소 압축 시스템은 수소를 압축하는 로터리에 수소가스가 직접 접촉되어 수소취성에 의해 로터리 또는 기밀씰 등이 손상 또는 파손됨에 따라 내구성이 하락되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 구동계 및 기밀씰에 수소가스가 직접적으로 접촉하는 것을 방지하여 수소취성에 의해 손상 또는 파손되는 것을 방지할 수 있으며, 내구성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 수소가스의 압축성을 향상시킬 수 있는 수소가스 증압장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 수소가스 증압장치는 수소가스를 공급받아 1차 압축하는 제1 압축부, 상기 제1 압축부에서 압축된 수소가스를 전달받아 2차 압축하는 제2 압축부, 및 상기 제1 압축부와 상기 제2 압축부의 사이에 위치되어 유압에 의해 제1 압축부와 상기 제2 압축부가 상반된 작동을 하도록 상기 제1 압축부와 상기 제2 압축부를 연동하여 작동시키는 연동작동부를 포함하고, 상기 제1 압축부와 상기 제2 압축부 중 하나 또는 둘 모두는 상기 연동작동부에 의해 형상이 가변되면서 수소가스를 압축시키는 압축공간이 형성된 가변압축튜브, 상기 가변압축튜브가 수용되는 압축케이싱, 및 상기 가변압축튜브에 의한 수소가스의 압축비를 증가하도록상기 가변압축튜브가 최대 압축된 상태에서 상기 압축공간을 메우도록 상기 압축케이싱에서 돌출되어 상기 압축공간으로 삽입되는 압축코어부를 포함한다.
상기 가변압축튜브는 중앙이 관통형성되며 복수 개가 적층되는 튜브박판, 및 상기 튜브박판을 연결하여 내부에 수소가스가 압축되는 충전공간을 형성하도록 상기 튜브박판의 내측 둘레와 외측 둘레를 교대로 접합하는 튜브접합부를 포함할 수 있다.
상기 튜브박판은 내측 둘레와 외측 둘레의 사이에 가요성을 가지도록 굴곡진 형상으로 형성된 탄성변형부를 포함할 수 있다.
상기 연동작동부는 상기 제1 압축부와 상기 제2 압축부에 양단이 각각 삽입되어 상기 제1 압축부와 상기 제2 압축부의 사이에서 왕복 슬라이딩 이동하는 가압대, 상기 가압대의 중앙에 형성되는 작동피스톤, 상기 작동피스톤을 상기 제1 압축부 또는 상기 제2 압축부가 위치된 방향으로 왕복운동 가능하게 수용하는 작동케이싱, 및 상기 작동피스톤이 상기 작동케이싱에서 왕복운동하도록 상기 작동케이싱에서 상기 작동피스톤을 중심으로 상기 제1 압축부가 위치되는 제1 공간과 상기 제2 압축부가 위치되는 제2 공간에 교대로 작동유체를 공급하는 유압펌프를 포함할 수 있다.
상기 가변압축튜브가 설치되는 상기 제1 압축부 또는 상기 제2 압축부는 상기 가압대가 상기 가변압축튜브에 직접적으로 접촉하는 것을 방지하도록 상기 가변압축튜브와 상기 가압대의 사이에 충전되는 가압유체를 포함할 수 있다.
상기 가변압축튜브가 설치되는 상기 제1 압축부 또는 상기 제2 압축부는 상기 가압유체를 냉각시켜 공급하는 냉각공급부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 압축공간이 가변되는 가변압축튜브에 의해 수소가스를 압축하기 때문에 수소가스가 구동계 또는 기밀씰에 직접적으로 접촉하지 않아 수소취성에 따른 파손 또는 손상을 방지할 수 있어 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 제1 압축부와 제2 압축부가 연동작동부에 의해 연동하여 작동하기 때문에 수소가스를 효과적으로 증압시킬 수 있다.
또한, 연동작동부가 가압유체를 가압하여 가변압축튜브를 가압하기 때문에 직접적인 접촉에 따른 손상의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 냉각공급부에 의해 가압유체를 냉각시켜 공급하기 때문에 수소가스의 압축성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 수소취성에 의한 가변압축튜브의 손상 또는 파손을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수소가스 증압장치를 도시한 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수소가스 증압장치의 가변압축튜브를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수소가스 증압장치의 작동상태를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 수소가스 증압장치(100)는 수소가스를 공급받아 수소가스를 압축시켜 증압시킨 후 증압된 수소가스를 공급할 수 있다.
실시예에서는 수소운반차량으로부터 수소가스를 공급받아 수소가스 증압장치(100)에서 압력을 증대시킨 후, 수소가스를 저장하는 수소탱크(170)로 공급하는 것으로 설명하지만, 다양한 형태로 수소가스를 공급받아 수소가스 증압장치(100)에서 압력을 증대시킨 후, 다양한 사용처로 공급할 수 있다.
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 수소가스 증압장치(100)는 제1 압축부(110)와 제2 압축부(120)를 포함할 수 있다.
제1 압축부(110)와 제2 압축부(120)는 수소가스를 압축하여 수소가스의 공급할 수소가스의 압력을 증가시킬 수 있으며, 제1 압축부(110)와 제2 압축부(120)의 압축비는 서로 다르도록 구성될 수 있다.
제1 압축부(110)와 제2 압축부(120)는 제1 압축부(110)로 수소가스가 공급되면 제1 압축부(110)에서 수소가스를 압축시켜 압력을 증가시키고, 압력이 증가된 수소가스를 제2 압축부(120)로 전달하여 제2 압축부(120)에서 다시 수소가스를 압축시켜 제1 압축부(110)에서보다 더 높은 압력으로 증압한 후 수소탱크(170)로 공급하여 저장할 수 있다.
제1 압축부(110)와 제2 압축부(120)는 연결배관(163)에 의해 연결되어 제1 압축부(110)에서 압축된 수소가스가 제2 압축부(120)로 공급하여 압축할 수 있다.
연결배관(163)에는 제2 압축부(120)에서 제1 압축부(110)로 수소가스가 역류되는 것을 방지하는 체크밸브가 설치될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 압축부(110)와 제2 압축부(120) 중 어느 하나 또는 둘 모두는 가변압축튜브(130)를 포함할 수 있다.
실시예에서는 제1 압축부(110)와 제2 압축부(120) 모두에 가변압축튜브(130)에 의해 수소가스를 압축하도록 구성하였지만, 어느 하나에만 가변압축튜브(130)에 의해 수소가스를 압축시키고, 다른 하나는 공지된 피스톤과 실린더에 의한 압축장치로 구현될 수도 있다.
제1 압축부(110)와 제2 압축부(120)는 하기에 설명할 연동작동부(140)를 중심으로 양측에 대칭되도록 구성될 수 있으며, 도면에서는 제1 압축부(110)와 제2 압축부(120)를 동일한 크기의 압축비를 가지도록 도시되었지만, 제1 압축부(110)와 제2 압축부(120)는 서로 다른 용적을 가져 서로 다른 압축비로 압축하도록 구성할 수도 있다.
가변압축튜브(130)는 형상이 가변되면서 내부에 형성되어 수소가스를 압축하는 압축공간(131)을 축소시킴에 따라 가변압축튜브(130)의 압축공간(131)으로 공급된 수소가스를 압축시킬 수 있다.
예컨대, 가변압축튜브(130)는 길이방향으로 수축 또는 팽창하여 가변압축튜브(130)의 내부에 형성된 압축공간(131)을 수축 또는 팽창시킬 수 있다.
가변압축튜브(130)는 일단이 밀폐된 형상이고 타단은 외부와 압축공간(131)이 연통된 형상일 수 있다.
가변압축튜브(130)는 내부에 압축공간(131)을 형성할 수 있도록 중앙이 관통된 박판으로 형성된 튜브박판(133)을 복수 개 적층하고, 적층된 튜브박판(133)의 둘레를 접합하여 마치 주름관 형태로 형성될 수 있다.
튜브박판(133)은 내측 둘레와 외측 둘레를 교대로 접합하여 일체가 되도록 튜브접합부(135)를 형성하여 마치 주름관과 같은 형상에 의해 가변압축튜브(130)의 길이방향으로 팽창되거나, 축소될 수 있다.
예컨대, 튜브박판(133)은 복수 개를 적층한 상태에서 어느 하나의 튜브박판(133)을 중심으로 상부에 위치되는 튜브박판(133)끼리는 외측 둘레를 접합하였다면, 하부에 위치되는 튜브박판(133)끼리는 내측 둘레를 접합하는 형태로 상부 또는 하부로 갈수록 내측과 외측을 교대로 접합하여 튜브접합부(135)를 형성할 수 있다.
여기서, 튜브접합부(135)는 용접하여 접합하거나, 접착제를 이용할 수도 있으며, 확산접합에 의해 접합될 수 있다.
이렇게 튜브접합부(135)에 의해 접합된 튜브박판(133)은 수소가스가 관통된 압축공간(131)으로 공급되면, 튜브접합부(135)를 제외하고, 튜브박판(133)의 사이가 벌어지면서, 가변압축튜브(130)가 팽창되어 압축공간(131)이 확장되고, 외력에 의해 가압되면, 벌어졌던 튜브박판(133)의 사이가 겹쳐지면서 가변압축튜브(130)가 수축되는 형태로 압축되어 압축공간(131)이 축소되면서 압축공간(131)으로 유입된 수소가스를 압축시켜 배출할 수 있다.
이때, 복수 개의 적층된 튜브박판(133)의 양단 중 어느 한 끝단은 밀폐될 수 있다.
한편, 튜브박판(133)은 금속 또는 스테인리스 또는 수소취성을 방지한 산화철을 제거한 금속 또는 예를 들어, 알루미늄과 같은 비철 금속으로 형성되거나, 수소취성을 방지하는 처리를 하거나, 수소취성을 방지하는 재료에 의해 코팅될 수도 있다.
그리고, 하나의 튜브박판(133)은 내구성을 높이도록 복수 개의 박판을 접합하여 구성될 수 있으며, 복수 개의 박판 중 어느 하나는 서로 다른 재료로 형성될 수도 있다.
또한, 튜브박판(133)은 가요성을 가져 용이하게 팽창 또는 수축될 수 있도록 튜브박판(133)의 내측 둘레와 외측 둘레의 사이가 마치 물결형태로 굴곡지도록 형성된 탄성변형부(133a)가 형성될 수 있다.
탄성변형부(133a)는 튜브박판(133)을 굴곡지도록 형성함으로써, 튜브박판(133)이 굴곡에 의해 용이하게 내측 둘레와 외측 둘레의 사이가 외력에 의해 휘어지고 외력이 사라지면 원래의 형상으로 탄성변형될 수 있다.
제1 압축부(110)와 제2 압축부(120)는 가변압축튜브(130)를 수용하는 압축케이싱(111,121)을 포함할 수 있다.
압축케이싱(111,121)은 가변압축튜브(130)가 설치되는 튜브설치공간(115,125)이 내부에 형성될 수 있으며, 압축케이싱(111,121)에는 수소가스가 유입 및 유출되는 유출입구(117,127)가 형성될 수 있다.
그리고, 압축케이싱(111,121)의 튜브설치공간(115,125)에는 가변압축튜브(130)의 압축공간(131)이 개방된 단부가 유출입구(117,127)와 연통되도록 설치될 수 있으며, 압축케이싱(111,121)에는 가변압축튜브(130)의 압축공간(131)으로 삽입되는 압축코어부(119,129)가 형성될 수 있다.
압축코어부(119,129)는 가변압축튜브(130)가 최대로 압축된 상태에서 압축공간(131)이 최소화되도록 가변압축튜브(130)의 내부로 삽입되어 압축공간(131)에 유입된 수소가스의 압축비를 향상시킬 수 있다.
압축코어부(119,129)에는 유출입구(117,127)가 연장형성되어 가변압축튜브(130)의 수축 시 코어부의 유출입구(117,127)를 통해 수소가스가 배출되며 압축될 수 있다.
압축케이싱(111,121)에는 하기에 설명될 가압대(141)가 관통하여 튜브설치공간(115,125)으로 삽입되는 관통공(113,123)이 형성될 수 있다.
이때, 제1 압축부(110)의 관통공(113)과 제2 압축부(120)의 관통공(123)은 서로 마주하는 위치에 형성되고, 유출입구(117,127)는 서로 대향되는 방향에 형성될 수 있다.
한편, 압축케이싱(111,121)의 내측에는 단열재가 설치되어 온도변화에 따른 수소가스의 팽창을 최소화하며, 가압유체 공급기에서 제공되는 냉각된 가압유체의 온도가 외부와 열교환하여 상승되는 것을 방지할 수 있다.
압축케이싱(111,121)은 가변압축튜브(130)에서 수소가스가 누출될 경우, 수소가스를 가둬 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있으며, 압축케이싱(111,121)은 대략 1000bar 이상의 압력을 견딜 수 있도록 형성될 수 있다.
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 수소가스 증압장치(100)는 연동작동부(140)를 포함할 수 있다.
이 연동작동부(140)는 제1 압축부(110)와 제2 압축부(120)의 사이에 설치되어 제1 압축부(110)와 제2 압축부(120)를 서로 연동하여 작동시키며, 제1 압축부(110)와 제2 압축부(120)가 서로 상반된 작동하도록 연동시킬 수 있다.
연동작동부(140)는 가압대(141)를 포함할 수 있다.
이 가압대(141)는 양단이 제1 압축부(110)의 관통공(113)과 제2 압축부(120)의 관통공(123)에 각각 삽입되도록 설치될 수 있으며, 가압대(141)의 끝단에는 가압피스톤(143)이 설치되어 제1 압축부(110)와 제2 압축부(120)의 튜브설치공간(115,125)에 가압력을 제공할 수 있다.
연동작동부(140)는 작동케이싱(145)을 포함할 수 있다.
이 작동케이싱(145)은 제1 압축부(110)의 압축케이싱(111)과 제2 압축부(120)의 압축케이싱(121)을 연결하며, 작동케이싱(145)에는 가압대(141)가 관통하여 설치되고, 작동케이싱(145)에서 가압대(141)는 제1 압축부(110)가 위치된 방향 또는 제2 압축부(120)가 위치된 방향으로 슬라이딩 왕복운동 가능하도록 설치될 수 있다.
작동케이싱(145)의 내부에는 유압을 제공하는 유압공간이 설치될 수 있으며, 유압공간에는 작동유체가 채워질 수 있다.
연동작동부(140)는 작동피스톤(147)을 포함할 수 있다.
작동피스톤(147)은 가압대(141)의 중앙에 형성되어 유압공간을 제1 압축부(110)가 위치되는 제1 공간(145a)과 제2 압축부(120)가 위치되는 제2 공간(145b)으로 구획할 수 있다.
그리고, 작동케이싱(145)에는 제1 공간(145a)이 위치되는 부분에 제1 유입구가 형성되고, 제2 공간(145b)이 위치되는 부분에 제2 유입구가 형성될 수 있다.
연동작동부(140)는 유압펌프(149)를 포함할 수 있다.
유압펌프(149)는 유압공간에 채워진 작동유체를 제1 공간(145a)에서 제2 공간(145b)으로 이동시키거나, 제2 공간(145b)에서 제1 공간(145a)으로 이동시킬 수 있다.
유압펌프(149)는 예컨대, 제1 공간(145a)에서 작동유체를 흡입하여 제2 공간(145b)으로 제공하면, 제2 공간(145b)의 압력이 높아짐에 따라 유압공간에서 작동피스톤(147)이 제1 압축부(110)가 위치되는 방향으로 이동하여 가압대(141)에 의해 제1 압축부(110)에 설치된 가변압축튜브(130)를 가압하고, 제2 공간(145b)에서 작동유체를 흡입하여 제1 공간(145a)으로 제공하면 제1 공간(145a)의 압력이 높아짐에 따라 유압공간에서 작동피스톤(147)이 제2 압축부(120)가 위치되는 방향으로 이동하여 가압대(141)에 의해 제2 압축부(120)에 설치된 가변압축튜브(130)를 가압한다.
이와 같이 연동작동부(140)는 유압펌프(149)에 의한 작동유체의 이동에 따라 제1 압축부(110)의 가변압축튜브(130)를 가압하면 제2 압축부(120)의 가변압축튜브(130)의 가압은 해제되고, 제2 압축부(120)의 가변압축튜브(130)를 가압하면, 제1 압축부(110)의 가변압축튜브(130)의 가압이 해제되도록 제1 압축부(110)와 제2 압축부(120)를 상반된 작동을 시킬 수 있다.
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 수소가스 증압장치(100)는 가압유체를 포함할 수 있다.
이 가압유체는 제1 압축부(110)와 제2 압축부(120)의 튜브설치공간(115,125)에 공급되어 가압대(141)에 결합된 가압피스톤(143)이 가변압축튜브(130)를 직접적으로 접촉하여 가압하는 것을 방지할 수 있다.
여기서, 가압유체가 없이 가변압축튜브(130)를 가압피스톤(143)이 직접 접촉하여 가압할 경우, 가변압축튜브(130)를 최대 압축시 가변압축튜브(130)의 손상이 발생할 수 있어 가변압축튜브(130)의 손상을 최소화하기 위해 가압유체를 통해 가변압축튜브(130)를 가압할 수 있다.
가압유체는 가변압축튜브(130)와 가압대(141)의 끝단에 설치된 가압피스톤(143)의 사이에 충전될 수 있다.
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 수소가스 증압장치(100)는 냉각공급부(150)를 포함할 수 있다.
이 냉각공급부(150)는 제1 압축부(110)와 제2 압축부(120)에 각각 설치될 수 있으며, 제1 압축부(110)와 제2 압축부(120)의 튜브설치공간(115,125)에 가압유체를 공급할 수 있다.
한편, 냉각공급부(150)는 가압유체를 냉각시켜 공급함으로써, 수소가스의 압축 시 발생하는 열을 냉각시킴에 따라 수소가스의 압축성이 하락되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 냉각공급부(150)는 가압유체에 의해 가변압축튜브(130)를 냉각시킴에 따라 수소취성을 하락시켜 수소취성에 의해 가변압축튜브(130)가 손상되는 것을 방지할 수도 있다.
냉각공급부(150)는 압축케이싱(111,121)에서 가변압축튜브(130)가 최대 압축된 위치의 일단부분에 유체유입구가 형성되고, 타단부분에 유체유출구를 형성하고, 순환펌프(155)에 의해 강제적으로 유체를 공급할 수 있다.
그리고, 유체유입구가 형성된 부분에는 가압유체가 지나 열교환하는 열교환기(151)를 설치하고, 열교환기(151)에는 냉각기(153)의 냉매가 지나도록 구성하여 냉각기(153)에서 냉각된 냉매가 열교환기(151)에서 가압유체와 열교환하여 냉각되도록 구성될 수 있다.
이와 같이 구성된 냉각공급부(150)는 순환펌프(155)에 의해 열교환기(151)를 통해 작동유체를 냉각시켜 튜브설치공간(115,125)으로 순환시킴에 따라 가변압축튜브(130)가 수소가스를 압축시 가압유체에 의해 가변압축튜브(130)를 냉각시켜 수소가스의 압축성이 하락됨을 방지함과 동시에 수소가스의 온도를 낮춰 수소취성을 하락시킴에 따라 가변압축튜브(130)가 수소취성에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 각 구성 간의 작용과 효과를 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 수소가스 증압장치(100)는 수소공급차량이 공급배관(161)에 연결되면, 제1 압축부(110)에 설치된 가변압축튜브(130)가 초기 팽창된 상태에서 더 팽창하면서 가변압축튜브(130)의 압축공간(131)으로 수소가스가 유입된다.
압축공간(131)으로 수소가스가 유입되면, 연동작동부(140)의 유압펌프(149)를 가동하고, 작동케이싱(145)의 제1 공간(145a)의 작동유체를 제2 공간(145b)으로 주입하여 제2 공간(145b)에 압력을 발생시킨다.
제2 공간(145b)에 압력이 발생하면, 제2 공간(145b)에 위치되었던 작동피스톤(147)이 제1 압축부(110)가 위치된 방향으로 이동하여 가압대(141)와 함께 제1 압축부(110)에 위치된 가압피스톤(143)이 가변압축튜브(130)를 가압한다.
가압되는 가변압축튜브(130)은 수축되면서 압축공간(131)의 부피가 작아지고, 이에 따라 압축공간(131)에 유입된 수소가스가 1차로 압축된다.
이때, 제1 압축부(110)에 설치된 냉각공급부(150)는 제1 압축부(110)의 튜브설치공간(115)에 공급된 가압유체를 순환펌프(155)에 의해 열교환기(151)를 거치도록 순환시킴으로써, 수소가스의 압축시 발생하는 열을 감소시켜 수소가스의 압축성을 향상시키고, 수소취성에 의한 손상을 방지한다.
냉각공급부(150)는 제1 압축부(110)의 가변압축튜브(130)가 압축될 때 뿐만 아니라, 가변압축튜브(130)가 팽창할 때에도 가압유체를 순환시켜 수소가스의 온도가 상승되는 것을 방지할 수 있다.
제1 압축부(110)에서 압축된 수소가스는 연결배관(163)에 설치된 체크밸브에 의해 제2 압축부(120)의 압력보다 높아지면 체크밸브를 개방하여 연결배관(163)을 통해 제2 압축부(120)로 공급된다.
제2 압축부(120)로 공급되는 수소가스는 팽창된 상태의 가변압축튜브(130)의 압축공간(131)로 유입되고, 유압펌프(149)를 가동하여, 작동케이싱(145)의 제2 공간(145b)의 유체를 제1 공간(145a)으로 주입하여 제1 공간(145a)에 압력을 발생시킨다.
제1 공간(145a)에 압력이 발생하면, 연동작동부(140)의 작동피스톤(147)이 제2 압축부(110)가 위치된 방향으로 이동하고, 가압대(141)에 결합된 가압피스톤(143)이 내부에 충전된 가압유체를 가압하면서 제2 압축부(120)의 팽창된 가변압축튜브(130)를 축소시키고, 가변압축튜브(130)가 축소되면 내부 압축공간(131)이 축소되면서 압축공간(131)으로 유입된 수소가스를 2차로 압축한다.
이때, 제2 압축부(120)에 설치된 냉각공급부(150)는 제2 압축부(110)의 튜브설치공간(125)에 공급된 가압유체를 순환펌프(155)에 의해 열교환기(151)를 거치도록 순환시킴으로써, 수소가스의 압축시 발생하는 열을 감소시켜 수소가스의 압축성을 향상시키고, 수소취성에 의한 손상을 방지한다.
냉각공급부(150)는 제2 압축부(120)의 가변압축튜브(130)가 압축될 때 뿐만 아니라, 가변압축튜브(130)가 팽창할 때에도 가압유체를 순환시켜 수소가스의 온도가 상승되는 것을 방지할 수 있다.
여기서, 가압대(141)가 제2 압축부(120)의 가병압축튜브(130)를 축소되도록 이동할 경우, 가압대(141)에 의한 제1 압축부(110)의 가변압축튜브(130)의 가압력이 해제되면서, 압축되었던 제1 압축부(110)의 가변압축튜브(130)가 탄성 복원력 및 수소가스차량에서 공급되는 수소가스의 압력에 의해 초기 형상으로 팽창하면서, 제1 압축부(110)의 압축공간(131)으로 수소가스가 다시 유입된다.
그리고, 제2 압축부(120)에서 압축된 수소가스는 충전배관(165)에 설치된 체크밸브를 중심으로 수소탱크(170)의 압력보다 제2 압축부(120)의 압력이 높아지면 체크밸브가 개방되어 제2 압축부(120)에서 수소탱크(170)로 증압된 수소가스가 충전된다.
이와 같이 연동작동부(140)는 유압펌프(149)에 의해 작동케이싱(145)의 제1 공간(145a)과 제2 공간(145b)으로 작동유체를 이동시키는 형태로 작동피스톤(147)을 이동시켜 가압대(141)가 이동함에 따라 제1 압축부(110)의 가변압축튜브(130)를 통해 수소가스를 1차 압축하고, 1차 압축된 수소가스를 제2 압축부(120)의 가변압축튜브(130)를 통해 2차 압축을 반복적으로 수행하여 증압된 수소가스를 수소탱크(170)로 보내 저장할 수 있다.
여기서, 제1 압축부(110)의 가변압축튜브(130) 또는 제2 압축부(120)의 가변압축튜브(130)을 가압하기 위해 제1 공간(145a)와 제2 공간(145b)로 작동유체를 공급할 때에는 가변압축튜브(130)를 최대로 가압하였을 때의 압력과 각 공간(145a,145b)로 공급되는 유압이 같아질 때까지만 공급하여 에너지를 절감할 수 있다.
그리고, 수소탱크(170)에 충전된 수소가스는 필요에 따라 사용처로 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 수소가스 증압장치(100)는 가변압축튜브(130)에 의해 수소가스를 압축시켜 수소가스가 구동계 또는 씰에 직접 접촉하지 않기 때문에 수소취성에 의한 손상 또는 파손을 방지할 수 있다.
또한, 연동작동부(140)에 의해 제1 압축부(110)와 제2 압축부(120)를 함께 연동하여 작동하기 때문에 비교적 구조가 간단하며, 효율적으로 수소가스를 압축시킬 수 있다.
또한, 제1 압축부(110)와 제2 압축부(120)에서 2차적으로 수소가스를 압축시켜 수소가스의 압력을 더 증대시켜 압축할 수 있을 뿐만 아니라, 가압유체에 의해 가변압축튜브(130)를 가압하여 직접적인 접촉에 의해 가변압축튜브(130)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 냉각공급부(150)에 의해 가압유체를 냉각시켜 공급하기 때문에 수소가스의 압축 시 발생하는 열을 냉각시켜 수소가스의 압축성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 수소가스의 온도를 낮춰 수소취성에 의한 가변압축튜브(130)의 손상을 방지할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.
100: 수소가스 증압장치 110: 제1 압축부
111,121: 압축케이싱 113,123: 관통공
115, 125: 튜브설치공간 117,127: 유출입구
119, 129: 압축코어부 130: 가변압축튜브
131: 압축공간 133: 튜브박판
133a: 탄성변형부 135: 튜브접합부
140: 연동작동부 141: 가압대
143: 가압피스톤 145: 작동케이싱
145a: 제1 공간 145b: 제2 공간
147: 작동피스톤 149: 유압펌프
150: 냉각공급부 151: 열교환기
153: 냉각기 155: 순환펌프
161: 공급배관 163: 연결배관
165: 충전배관 170: 수소탱크

Claims (6)

  1. 수소가스를 공급받아 1차 압축하는 제1 압축부,
    상기 제1 압축부에서 압축된 수소가스를 전달받아 2차 압축하는 제2 압축부, 및
    상기 제1 압축부와 상기 제2 압축부의 사이에 위치되어 유압에 의해 제1 압축부와 상기 제2 압축부가 상반된 작동을 하도록 상기 제1 압축부와 상기 제2 압축부를 연동하여 작동시키는 연동작동부를 포함하고,
    상기 제1 압축부와 상기 제2 압축부 중 하나 또는 둘 모두는
    상기 연동작동부에 의해 형상이 가변되면서 수소가스가 압축되는 압축공간이 형성된 가변압축튜브,
    상기 가변압축튜브가 수용되는 압축케이싱, 및
    상기 가변압축튜브에 의한 수소가스의 압축비를 증가하도록상기 가변압축튜브가 최대 압축된 상태에서 상기 압축공간을 메우도록 상기 압축케이싱에서 돌출되어 상기 압축공간으로 삽입되는 압축코어부를 포함하고,
    상기 연동작동부는 상기 제1 압축부와 상기 제2 압축부에 양단이 각각 삽입되어 상기 제1 압축부와 상기 제2 압축부의 사이에서 왕복 슬라이딩 이동하는 가압대, 상기 가압대의 중앙에 형성되는 작동피스톤, 상기 작동피스톤을 상기 제1 압축부 또는 상기 제2 압축부가 위치된 방향으로 왕복운동 가능하게 수용하는 작동케이싱, 및 상기 작동피스톤이 상기 작동케이싱에서 왕복운동하도록 상기 작동케이싱에서 상기 작동피스톤을 중심으로 상기 제1 압축부가 위치되는 제1 공간과 상기 제2 압축부가 위치되는 제2 공간에 교대로 작동유체를 공급하는 작동유체 공급기를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소가스 증압장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가변압축튜브는
    중앙이 관통형성되며 복수 개가 적층되는 튜브박판, 및
    상기 튜브박판을 연결하여 내부에 수소가스가 압축되는 충전공간을 형성하도록 상기 튜브박판의 내측 둘레와 외측 둘레를 교대로 접합하는 튜브접합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소가스 증압장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 튜브박판은
    내측 둘레와 외측 둘레의 사이에 가요성을 가지도록 굴곡진 형상으로 형성된 탄성변형부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소가스 증압장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가변압축튜브가 설치되는 상기 제1 압축부 또는 상기 제2 압축부는 상기 가압대가 상기 가변압축튜브에 직접적으로 접촉하는 것을 방지하도록 상기 가변압축튜브와 상기 가압대의 사이에 충전되는 가압유체를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소가스 증압장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가변압축튜브가 설치되는 상기 제1 압축부 또는 상기 제2 압축부는 상기 가압유체를 냉각시켜 공급하는 냉각공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소가스 증압장치.
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