KR102202439B1 - 수소가스 충전건 결빙 방지장치 - Google Patents

수소가스 충전건 결빙 방지장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수소가스 충전건 결빙 방지장치에 관한 것으로서, 수소가스 충전을 위한 충전건이 삽입되는 수소차량의 가스 주입부 영역에 마련되며, 수소가스와 외기와의 온도차로 인해 상기 충전건이 결빙되는 것을 방지하기 위해 상기 가스 주입부 영역의 가열하는 히팅 파이프; 및 무동력 방식에 의해 상기 히팅 파이프 내로 열매체를 순환시키는 무동력 열매체 순환부를 포함한다.

Description

수소가스 충전건 결빙 방지장치{Apparatus for preventing freezing charging gun}
본 발명은, 수소가스 충전건 결빙 방지장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 환경오염에 영향을 미치지 않으면서도 무동력이라 에너지 낭비 없이 더욱 효과적으로 충전건 결빙 현상을 해결할 수 있는, 수소가스 충전건 결빙 방지장치에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 수소가스 충전건의 결빙 현상을 도시한 이미지이다.
이 도면을 참조하면, 수소차량(1, 수소자동차)에 수소가스를 충전할 때는 수소가스가 평균 ??37℃ ~ -40℃로 순간 냉각되면서 충전건(20)을 통해 수소차량(1)에 충전된다.
이때, 충전건(20)의 일부는 가스 주입부(10) 내로 삽입되지만, 충전건(20)의 나머지 부분이나 충전호스(미도시)는 대기중에 노출되는 관계로 수소가스와 대기 간의 온도차로 인해 충전건(20)이 결빙될 수 있다.
이렇게 충전건(20)이 결빙되면 결빙 때문에 발생해서 쌓인 얼음 때문에 충전건(20)이 가스 주입부(10)에서 탈착되지 못하는, 즉 분리되지 못하는 현상이 생길 수 있다.
이에 대해 좀 더 부연 설명한다. 수소차량(1)에 수소를 충전할 때는 우선, 가스 주입부(10)에 충전건(20)을 거치하고 수소가스 충전기를 가동시켜 수소를 충전하게 된다.
수소가스 충전기를 통해 충전 신호를 입력하면 디스펜서를 통과한 수소가스는 충전건(20)을 통하여 가스 주입부(10)를 통해 바로 충전이 시작되며, 약 3~6분 정도 지나면 충전이 완료된다.
이때, 앞서 기술한 것처럼 수소가스 충전 시 충전건(20)이 대기 중에 노출된 상태이다 보니 대기 중의 수분과 충전건(20) 내부의 수소가스 온도 간의 온도차로 인해 충전건(20) 주변에 성에가 발생한다. 이렇게 발생하는 성에가 증가하면서 결국 충전건(20)에 얼음이 두껍게 생기기 때문에 충전건(20)을 분리하기 어렵게 되는 것이다.
이러한 문제, 즉 충전건(20) 결빙 현상을 해결하기 위해 종전에는 해빙용 스프레이 사용하거나, 에어건을 퍼지하거나, 전기 드라이어를 사용하는 방식을 사용해 왔다.
하지만, 해빙용 스프레이 사용하면 환경오염에 영향을 미치는 문제가 발생하고, 에어건 또는 전기 드라이어를 사용하면 동력 발생이 되어 에너지가 낭비되는 문제가 발생한다.
물론, 에너지 낭비 문제를 무시하더라도 수소가스 충전소의 충전기 주변은 방폭 지역으로서 전기장치 사용에 제한적이라는 점을 고려해보면, 현존 방식들에서 탈피한 신개념의 수소가스 충전건 결빙 방지장치에 관한 필요성이 대두된다.
대한민국특허청 출원번호 제10-2004-7003397호 대한민국특허청 출원번호 제10-2007-0005674호 대한민국특허청 출원번호 제10-2013-0126653호 대한민국특허청 출원번호 제10-2015-0004055호
본 발명의 목적은, 환경오염에 영향을 미치지 않으면서도 무동력이라 에너지 낭비 없이 더욱 효과적으로 충전건 결빙 현상을 해결할 수 있는, 수소가스 충전건 결빙 방지장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 수소가스 충전을 위한 충전건이 삽입되는 수소차량의 가스 주입부 영역에 마련되며, 수소가스와 외기와의 온도차로 인해 상기 충전건이 결빙되는 것을 방지하기 위해 상기 가스 주입부 영역의 가열하는 히팅 파이프; 및 무동력 방식에 의해 상기 히팅 파이프 내로 열매체를 순환시키는 무동력 열매체 순환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소가스 충전건 결빙 방지장치에 의해 달성된다.
상기 무동력 열매체 순환부는, 상기 수소차량의 엔진룸과 상기 히팅 파이프의 일단부에 연결되며, 상기 엔진룸 내의 고온 냉각수를 상기 히팅 파이프의 일단부로 공급하는 열매체 공급 라인; 및 상기 수소차량의 라디에이터와 상기 히팅 파이프의 타단부에 연결되며, 상기 히팅 파이프 내로 순환하면서 냉각된 냉각수를 상기 라디에이터로 회수하는 열매체 회수 라인을 포함할 수 있다.
상기 무동력 열매체 순환부는, 상기 열매체 공급 라인에 마련되며, 상기 열매체 공급 라인의 유로를 개폐하는 전자식 개폐밸브; 및 상기 전자식 개폐밸브의 오/오프(on/off) 동작을 컨트롤하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.
상기 무동력 열매체 순환부는 상기 수소차량의 가스 주입부 영역에 개폐 가능하게 마련되는 주입구 도어 영역에 마련되며, 상기 주입구 도어의 개방 여부를 감지하는 도어 감지기를 더 포함하며, 상기 컨트롤러는 상기 도어 감지기에 의해 상기 주입구 도어가 열렸다고 감지된 때 상기 전자식 개폐밸브가 온(on)되게 컨트롤하고, 상기 주입구 도어가 닫혔다고 감지된 때 상기 전자식 개폐밸브가 오프(off)되게 컨트롤할 수 있다.
본 발명에 따르면, 환경오염에 영향을 미치지 않으면서도 무동력이라 에너지 낭비 없이 더욱 효과적으로 충전건 결빙 현상을 해결할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 수소가스 충전건의 결빙 현상을 도시한 이미지이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 수소가스 충전건 결빙 방지장치가 적용된 수소차량의 충전 과정을 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 요부 확대도이다.
도 4는 도 3의 A 영역에 대한 확대도이다.
도 5 내지 도 7은 도 2의 수소가스 충전건 결빙 방지장치의 동작을 단계별로 도시한 부분 단면도들이다.
도 8은 도 2의 수소가스 충전건 결빙 방지장치에 대한 제어블록도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 수소가스 충전건 결빙 방지장치의 부분 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 수소가스 충전건 결빙 방지장치의 부분 단면도이다.
도 11은 도 10의 수소가스 충전건 결빙 방지장치에 대한 제어블록도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.
본 명세서에서, 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하여지도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
따라서 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하려고 구체적으로 설명되지 않는다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문어구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작(작용)은 하나 이상의 다른 구성 요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다.
또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 수소가스 충전건 결빙 방지장치가 적용된 수소차량의 충전 과정을 도시한 도면, 도 3은 도 2의 요부 확대도, 도 4는 도 3의 A 영역에 대한 확대도, 도 5 내지 도 7은 도 2의 수소가스 충전건 결빙 방지장치의 동작을 단계별로 도시한 부분 단면도들, 도 8은 도 2의 수소가스 충전건 결빙 방지장치에 대한 제어블록도이다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 수소가스 충전건 결빙 방지장치가 적용되면 환경오염에 영향을 미치지 않으면서도 무동력이라 에너지 낭비 없이 더욱 효과적으로 충전건(120) 결빙 현상을 해결할 수 있다.
이러한 효과를 제공할 수 있는 본 실시예에 따른 수소가스 충전건 결빙 방지장치는 수소차량(100)에 탑재될 수 있다. 수소가스 충전건 결빙 방지장치는 히팅 파이프(140)와 무동력 열매체 순환부(150)를 포함할 수 있다.
히팅 파이프(140)는 수소가스 충전을 위한 충전건(120)이 삽입되는 수소차량(100)의 가스 주입부(110) 영역에 마련되며, 수소가스와 외기와의 온도차로 인해 충전건(120)이 결빙되는 것을 방지하기 위해 가스 주입부(110) 영역의 가열하는 역할을 한다.
히팅 파이프(140) 내로 열매체가 순환되어야 하기 때문에 히팅 파이프(140)는 플렉시블 가능한 재질로 제작된다. 이러한 히팅 파이프(140)는 가스 주입부(110) 영역이면 어디라도 마련될 수 있다. 따라서, 도면의 형상에 본 발명의 권리범위가 제한되지 않는다.
무동력 열매체 순환부(150)는 무동력 방식에 의해 히팅 파이프(140) 내로 열매체를 순환시키는 역할을 한다. 이처럼 무동력 열매체 순환부(150)는 별도의 동력 없이 열매체를 순환시키기 때문에 에너지 손실을 없앨 수 있다.
그뿐만 아니라 수소가스 충전소의 충전기 주변은 방폭 지역으로서 전기장치 사용에 제한적이라는 점에서도 잘 부합할 수 있는 이점이 있다.
이러한 무동력 열매체 순환부(150)는 열매체 공급 라인(151), 열매체 회수 라인(152), 전자식 개폐밸브(153), 도어 감지기(154) 및 컨트롤러(160)를 포함할 수 있다.
열매체 공급 라인(151)은 수소차량(100)의 엔진룸(101)과 히팅 파이프(140)의 일단부에 연결되며, 엔진룸(101) 내의 고온 냉각수를 히팅 파이프(140)의 일단부로 공급하는 역할을 한다.
열매체 회수 라인(152)은 수소차량(100)의 라디에이터(102)와 히팅 파이프(140)의 타단부에 연결되며, 히팅 파이프(140) 내로 순환하면서 냉각된 냉각수를 라디에이터(102)로 회수하는 역할을 한다.
전자식 개폐밸브(153)는 열매체 공급 라인(151)에 마련되며, 열매체 공급 라인(151)의 유로를 개폐하는 역할을 한다. 전자식이라서 컨트롤러(160)에 의해 원격 컨트롤이 가능하다.
도어 감지기(154)는 수소차량(100)의 가스 주입부(110) 영역에 개폐 가능하게 마련되는 주입구 도어(112) 영역에 마련되며, 주입구 도어(112)의 개방 여부를 감지하는 센서이다.
한편, 컨트롤러(160)는 전자식 개폐밸브(153)의 오/오프(on/off) 동작을 컨트롤한다. 특히, 컨트롤러(160)는 도어 감지기(154)에 의해 주입구 도어(112)가 열렸다고 감지된 때 전자식 개폐밸브(153)가 온(on)되게 컨트롤하고, 주입구 도어(112)가 닫혔다고 감지된 때 전자식 개폐밸브(153)가 오프(off)되게 컨트롤한다.
이러한 역할을 수행하는 컨트롤러(160)는 중앙처리장치(161, CPU), 메모리(162, MEMORY), 그리고 서포트 회로(163, SUPPORT CIRCUIT)를 포함할 수 있다.
중앙처리장치(161)는 본 실시예에서 전자식 개폐밸브(153)의 오/오프(on/off) 동작을 컨트롤하기 위해서 산업적으로 적용될 수 있는 다양한 컴퓨터 프로세서들 중 하나일 수 있다.
메모리(162, MEMORY)는 중앙처리장치(161)과 연결된다. 메모리(162)는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로서 로컬 또는 원격지에 설치될 수 있으며, 예를 들면 랜덤 액세스 메모리(RAM), ROM, 플로피 디스크, 하드 디스크 또는 임의의 디지털 저장 형태와 같이 쉽게 이용가능한 적어도 하나 이상의 메모리일 수 있다.
서포트 회로(163, SUPPORT CIRCUIT)는 중앙처리장치(161)와 결합되어 프로세서의 전형적인 동작을 지원한다. 이러한 서포트 회로(163)은 캐시, 파워 서플라이, 클록 회로, 입/출력 회로, 서브시스템 등을 포함할 수 있다.
본 실시예에서 컨트롤러(160)는 도어 감지기(154)에 의해 주입구 도어(112)가 열렸다고 감지된 때 전자식 개폐밸브(153)가 온(on)되게 컨트롤하고, 주입구 도어(112)가 닫혔다고 감지된 때 전자식 개폐밸브(153)가 오프(off)되게 컨트롤하는데, 이러한 일련의 컨트롤 프로세스 등은 메모리(162)에 저장될 수 있다. 전형적으로는 소프트웨어 루틴이 메모리(162)에 저장될 수 있다. 소프트웨어 루틴은 또한 다른 중앙처리장치(미도시)에 의해서 저장되거나 실행될 수 있다.
본 발명에 따른 프로세스는 소프트웨어 루틴에 의해 실행되는 것으로 설명하였지만, 본 발명의 프로세스들 중 적어도 일부는 하드웨어에 의해 수행되는 것도 가능하다. 이처럼, 본 발명의 프로세스들은 컴퓨터 시스템 상에서 수행되는 소프트웨어로 구현되거나 집적 회로와 같은 하드웨어로 구현되거나 소프트웨어와 하드웨어의 조합에 의해서 구현될 수 있다.
이하, 본 실시예에 따른 수소가스 충전건 결빙 방지장치의 작용을 설명한다.
도 5처럼 주입구 도어(112)가 닫힌 상태에서 도 6처럼 주입구 도어(112)를 연다. 그러면, 이의 동작을 감지한 도어 감지기(154)가 주입구 도어(112)가 열렸다는 신호를 컨트롤러(160)로 전송하고, 이어 컨트롤러(160)는 전자식 개폐밸브(153)가 온(on)되게 컨트롤한다. 이어, 도 7처럼 충전건(120)을 통해 수소가스를 주입한다.
한편, 수소가스 충전 중에는 시동이 정지되므로 엔진룸(101)에 있는 고온의 냉각수는 입구측 전자식 개폐밸브(153)가 온(on)됨에 따라 기압차 때문에 히팅 파이프(140) 내로 순환되고 순환된 냉각수는 라디에이터(102)로 자연 회수되어 연속 기압순환이 이루어짐으로써 가스 주입부(110) 부분의 충전건(120)은 무동력으로 결빙 방지가 가능해진다.
수소가스의 주입이 완료되어 충전건(120)이 제거되고 도 7처럼 주입구 도어(112)가 닫히면 컨트롤러(160)에 의해 전자식 개폐밸브(153)가 오프(off)된다.
이상 설명한 바와 같은 구조를 기반으로 작용을 하는 본 실시예에 따르면, 환경오염에 영향을 미치지 않으면서도 무동력이라 에너지 낭비 없이 더욱 효과적으로 충전건(120) 결빙 현상을 해결할 수 있게 된다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 수소가스 충전건 결빙 방지장치의 부분 단면도이다.
이 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 수소가스 충전건 결빙 방지장치 역시, 히팅 파이프(140)와 무동력 열매체 순환부(150)를 포함할 수 있다.
그리고, 무동력 열매체 순환부(150)는 열매체 공급 라인(151), 열매체 회수 라인(152), 전자식 개폐밸브(153), 도어 감지기(154) 및 컨트롤러(160)를 포함할 수 있다. 이들의 구성, 기능은 전술한 실시예와 동일하다.
한편, 본 실시예의 경우, 히팅 파이프(140)의 외측에 단열재(240)가 코팅되어 마련된다. 이럴 경우, 단열재(240)로 인해 히팅 파이프(140)를 보호할 수 있으면서도 히팅 파이프(140)의 열손실을 줄일 수 있는 이점이 있다.
본 실시예가 적용되더라도 환경오염에 영향을 미치지 않으면서도 무동력이라 에너지 낭비 없이 더욱 효과적으로 충전건(120) 결빙 현상을 해결할 수 있다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 수소가스 충전건 결빙 방지장치의 부분 단면도이고, 도 11은 도 10의 수소가스 충전건 결빙 방지장치에 대한 제어블록도이다.
이 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 수소가스 충전건 결빙 방지장치 역시, 외측에 단열재(240)가 코팅된 히팅 파이프(140)와 무동력 열매체 순환부(350)를 포함할 수 있다.
그리고, 무동력 열매체 순환부(350)는 열매체 공급 라인(151), 열매체 회수 라인(152), 전자식 개폐밸브(153), 도어 감지기(154) 및 컨트롤러(360)를 포함할 수 있다. 이들의 구성, 기능은 전술한 실시예와 동일하다.
한편, 본 실시예의 경우, 열매체 공급 라인(151) 상에 펌프(380)가 설치된다. 펌프(380)는 컨트롤러(360)에 의해 그 동작이 컨트롤된다.
그리고, 가스 주입부(110) 영역에는 충전건(120)의 장착 여부를 감지하는 충전건 센서(370)가 마련된다. 충전건 센서(370) 역시, 컨트롤러(360)와 상호작용한다.
이에, 주입구 도어(112)가 열리면 이의 감지를 통해 히팅 파이프(140)로 열매체가 순환됨으로써 가스 주입부(110) 영역이 예열된다. 이어, 충전건(120)이 가스 주입부(110)에 삽입되면, 충전건 센서(370)가 이를 감지하고 컨트롤러(360)는 펌프(380)의 동작을 온(on)시켜 엔진룸(101)의 고온 냉각수가 강제로 더욱 빨리 순환되게 한다. 따라서, 주입되는 수소가스의 냉기로 인해 가스 주입부(110) 영역이 쉽게 식는 것을 예방할 수 있다.
본 실시예가 적용되더라도 환경오염에 영향을 미치지 않으면서도 무동력이라 에너지 낭비 없이 더욱 효과적으로 충전건(120) 결빙 현상을 해결할 수 있다.
이처럼 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 청구범위에 속한다고 하여야 할 것이다.
100 : 수소차량 101 : 엔진룸
102 : 라디에이터 110 : 가스 주입부
112 : 주입구 도어 120 : 충전건
130 : 충전호스 140 : 히팅 파이프
150 : 무동력 열매체 순환부 151 : 열매체 공급 라인
152 : 열매체 회수 라인 153 : 전자식 개폐밸브
154 : 도어 감지기 160 : 컨트롤러

Claims (4)

  1. 수소가스 충전을 위한 충전건이 삽입되는 수소차량의 가스 주입부 영역에 마련되며, 수소가스와 외기와의 온도차로 인해 상기 충전건이 결빙되는 것을 방지하기 위해 상기 가스 주입부 영역의 가열하는 히팅 파이프; 및
    무동력 방식에 의해 상기 히팅 파이프 내로 열매체를 순환시키는 무동력 열매체 순환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소가스 충전건 결빙 방지장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무동력 열매체 순환부는,
    상기 수소차량의 엔진룸과 상기 히팅 파이프의 일단부에 연결되며, 상기 엔진룸 내의 고온 냉각수를 상기 히팅 파이프의 일단부로 공급하는 열매체 공급 라인; 및
    상기 수소차량의 라디에이터와 상기 히팅 파이프의 타단부에 연결되며, 상기 히팅 파이프 내로 순환하면서 냉각된 냉각수를 상기 라디에이터로 회수하는 열매체 회수 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 수소가스 충전건 결빙 방지장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 무동력 열매체 순환부는,
    상기 열매체 공급 라인에 마련되며, 상기 열매체 공급 라인의 유로를 개폐하는 전자식 개폐밸브; 및
    상기 전자식 개폐밸브의 오/오프(on/off) 동작을 컨트롤하는 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소가스 충전건 결빙 방지장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 무동력 열매체 순환부는 상기 수소차량의 가스 주입부 영역에 개폐 가능하게 마련되는 주입구 도어 영역에 마련되며, 상기 주입구 도어의 개방 여부를 감지하는 도어 감지기를 더 포함하며,
    상기 컨트롤러는 상기 도어 감지기에 의해 상기 주입구 도어가 열렸다고 감지된 때 상기 전자식 개폐밸브가 온(on)되게 컨트롤하고, 상기 주입구 도어가 닫혔다고 감지된 때 상기 전자식 개폐밸브가 오프(off)되게 컨트롤하는 것을 특징으로 하는 수소가스 충전건 결빙 방지장치.
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