KR102213908B1 - 오일 회수기능을 구비하는 수소가스 충전기용 저온 냉각시스템 - Google Patents

오일 회수기능을 구비하는 수소가스 충전기용 저온 냉각시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오일 회수기능을 구비하는 수소가스 충전기용 저온 냉각시스템에 관한 것으로서, 냉각된 열매유를 이용하여 수소가스를 냉각시키기 위한 프리쿨러에 연결되되 열매유를 저장하는 열매유 저장탱크; 상기 프리쿨러와 상기 열매유 저장탱크에 연결되되 상기 프리쿨러 측의 열매유를 상기 열매유 저장탱크로 공급하는 열매유 공급부와, 상기 열매유 저장탱크 측의 열매유를 상기 프리쿨러로 배출하는 열매유 배출부를 구비하며, 열매유가 순환하는 라인을 이루는 열매유 순환관; 상기 열매유 순환관의 열매유 배출부의 라인 상에 마련되며, 관로를 따라 흐르는 열매유를 펌핑(pumping)하는 열매유 펌프; 상기 열매유 순환관의 일측에 마련되되 상기 열매유 순환관으로 순환되는 열매유를 냉각시키는 증발기; 복수 개로 배치되는 한편 독립적으로 구동하면서 냉매를 압축하는 제1 및 제2 압축기; 상기 제1 및 제2 압축기 중 적어도 어느 하나의 압축기에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기; 상기 제1 및 제2 압축기, 상기 응축기 및 상기 증발기를 연결하는 냉매 배관부; 상기 제1 및 제2 압축기와 상기 응축기를 연결하는 냉매 배관부의 일측에 연결되되 상기 제1 및 제2 압축기의 작용 시 누출 가능한 오일(OIL)을 회수하는 오일 회수부; 및 상기 제1 및 제2 압축기가 동시운전, 개별운전 또는 교번운전 가능하게 컨트롤하는 한편, 상기 오일 회수부의 동작을 유기적인 메커니즘으로 컨트롤하는 장치 컨트롤러를 포함한다.

Description

오일 회수기능을 구비하는 수소가스 충전기용 저온 냉각시스템{Hydrogen gas charging system with oil collecting fucntion}
본 발명은, 오일 회수기능을 구비하는 수소가스 충전기용 저온 냉각시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 종래와 달리 오일이 유기적이면서도 효과적으로 잘 회수될 수 있게 컨트롤함으로써 압축기의 오일 레벨을 최상의 컨디션(condition)으로 유지할 수 있게끔 관리할 수 있고, 이로 인해 수소차량의 충전과 관련하여 최적의 상태로 시스템을 구동할 수 있는, 오일 회수기능을 구비하는 수소가스 충전기용 저온 냉각시스템에 관한 것이다.
수소차량(수소자동차)에 수소를 충전할 때는 ??60℃ 이하로 수소를 냉각한 상태에서 충전해야 한다.
따라서, 수소차량에 수소를 충전할 때 사용되는 수소가스 충전기에는 냉각된 열매유를 이용하여 수소가스를 냉각시키기 위한 프리쿨러가 탑재된다. 그리고, 프리쿨러에는 열매유를 냉각시키기 위한 냉각장치가 연결된다.
이러한 냉각장치는 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기가 냉매관에 의해 연결되는 구조를 갖는다. 이때, 증발기는 열매유가 통과하는 열매유 순환관과 열교환 가능하게 적용된다.
이에, 압축기에서 압축된 냉매는 응축기를 통과하면서 열을 방출하고, 팽창밸브를 경유하면서 팽창한 후 증발기에서 증발하면서 열매유 순환관을 통과하는 열매유와 열교환한 다음, 다시 압축기로 순환되며, 이의 작용으로 열매유 순환관을 통과하는 열매유가 금속 냉각될 수 있다.
한편, 압축기는 구동 시 프레온 냉매가스를 토출하는데, 이때 POE(폴리올레핀 엘라스토머) 오일도 같이 이동한다.
통상 유분리기를 통과하면서 냉매가스와 오일은 서로 분리되기는 하지만, 증발온도가 ??40℃ ~ -60℃ 정도로 낮은 온도영역 대에서는 냉매 통과량이 소량이라 오일 회수가 느려질 수 있는데, 이럴 경우, 압축기의 오일 레벨이 최상의 컨디션(condition)을 유지할 수 없다는 점을 고려해볼 때, 이를 해결하기 위한 일련의 시스템 개발이 필요한 실정이다.
대한민국특허청 출원번호 제10-2004-7003397호 대한민국특허청 출원번호 제10-2007-0005674호 대한민국특허청 출원번호 제10-2013-0126653호 대한민국특허청 출원번호 제10-2015-0004055호
본 발명의 목적은, 종래와 달리 오일이 유기적이면서도 효과적으로 잘 회수될 수 있게 컨트롤함으로써 압축기의 오일 레벨을 최상의 컨디션(condition)으로 유지할 수 있게끔 관리할 수 있고, 이로 인해 수소차량의 충전과 관련하여 최적의 상태로 시스템을 구동할 수 있는, 오일 회수기능을 구비하는 수소가스 충전기용 저온 냉각시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 냉각된 열매유를 이용하여 수소가스를 냉각시키기 위한 프리쿨러에 연결되되 열매유를 저장하는 열매유 저장탱크; 상기 프리쿨러와 상기 열매유 저장탱크에 연결되되 상기 프리쿨러 측의 열매유를 상기 열매유 저장탱크로 공급하는 열매유 공급부와, 상기 열매유 저장탱크 측의 열매유를 상기 프리쿨러로 배출하는 열매유 배출부를 구비하며, 열매유가 순환하는 라인을 이루는 열매유 순환관; 상기 열매유 순환관의 열매유 배출부의 라인 상에 마련되며, 관로를 따라 흐르는 열매유를 펌핑(pumping)하는 열매유 펌프; 상기 열매유 순환관의 일측에 마련되되 상기 열매유 순환관으로 순환되는 열매유를 냉각시키는 증발기; 복수 개로 배치되는 한편 독립적으로 구동하면서 냉매를 압축하는 제1 및 제2 압축기; 상기 제1 및 제2 압축기 중 적어도 어느 하나의 압축기에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기; 상기 제1 및 제2 압축기, 상기 응축기 및 상기 증발기를 연결하는 냉매 배관부; 상기 제1 및 제2 압축기와 상기 응축기를 연결하는 냉매 배관부의 일측에 연결되되 상기 제1 및 제2 압축기의 작용 시 누출 가능한 오일(OIL)을 회수하는 오일 회수부; 및 상기 제1 및 제2 압축기가 동시운전, 개별운전 또는 교번운전 가능하게 컨트롤하는 한편, 상기 오일 회수부의 동작을 유기적인 메커니즘으로 컨트롤하는 장치 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는, 오일 회수기능을 구비하는 수소가스 충전기용 저온 냉각시스템에 의해 달성된다.
상기 오일 회수부는, 상기 제1 및 제2 압축기와 상기 응축기를 연결하되 서로 분리된 제1 및 제2 연결 배관의 분리 지점에 마련되고 상기 제1 연결 배관에서 상기 제2 연결 배관으로 향하는 냉매가스와 오일을 분리하는 오일 세퍼레이터(OIL SEPARATOR); 상기 오일 세퍼레이터에서 연결되는 오일 라인 상에 마련되고 상기 오일 세퍼레이터 측에서 공급되는 오일을 저장하는 오일 저장부(OIL RESERVOIR); 상기 오일 저장부 및 상기 제1 압축기와 연결되고 상기 오일 저장부 측의 오일을 상기 제1 압축기의 크랭크실로 전달하는 제1 오일 전달라인; 상기 오일 저장부 및 상기 제2 압축기와 연결되고 상기 오일 저장부 측의 오일을 상기 제2 압축기의 크랭크실로 전달하는 제2 오일 전달라인; 및 상기 제1 오일 전달라인 또는 상기 제2 오일 전달라인에 마련되며, 상기 제1 및 제2 압축기의 안정적인 윤활작용을 위해 상기 오일 저장부에 저장된 오일이 상기 제1 및 제2 압축기의 크랭크실로 향하게 라인을 선택적으로 개폐하되 상기 장치 컨트롤러에 의해 개폐동작이 컨트롤되는 냉매가스 전자밸브를 포함할 수 있다.
상기 오일 회수부는 상기 오일 저장부 내의 오일 레벨을 감지하는 레벨 감지기를 더 포함하며, 상기 장치 컨트롤러는 상기 레벨 감지기의 감지신호 또는 PLC 설정 시간 연동값에 기초하여 상기 냉매가스 전자밸브의 개폐 동작을 유기적인 메커니즘으로 컨트롤할 수 있다.,
상기 장치 컨트롤러는 평상시 고압의 가스압력을 가둬두게 컨트롤하면서 상기 레벨 감지기에 의한 상기 오일 저장부의 오일 저레벨 신호가 발생할 때만 상기 냉매가스 전자밸브가 열려(open) 상기 오일 저장부에 저장된 오일이 상기 제1 및 제2 압축기의 크랭크실로 보충되게 컨트롤하며, 상기 장치 컨트롤러는 오일 보충 시 냉매가스가 상기 압축기의 크랭크실로 유입되어 증발온도가 상승하는 것을 방지하기 위해 상기 레벨 감지기에 의한 상기 오일 저장부의 오일 고레벨 신호와 PLC 설정 시간 연동값에 기초하여 상기 냉매가스 전자밸브가 닫히게(close) 자동 컨트롤할 수 있다.
본 발명에 따르면, 종래와 달리 오일이 유기적이면서도 효과적으로 잘 회수될 수 있게 컨트롤함으로써 압축기의 오일 레벨을 최상의 컨디션(condition)으로 유지할 수 있게끔 관리할 수 있고, 이로 인해 수소차량의 충전과 관련하여 최적의 상태로 시스템을 구동할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오일 회수기능을 구비하는 수소가스 충전기용 저온 냉각시스템의 시스템 구성도이다.
도 2는 도 1의 시스템에 대한 제어블록도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 오일 회수기능을 구비하는 수소가스 충전기용 저온 냉각시스템에 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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오일 회수기능을 구비하는 수소가스 충전기용 저온 냉각시스템의 시스템 구성도이고, 도 2는 도 1의 시스템에 대한 제어블록도이다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 오일 회수기능을 구비하는 수소가스 충전기용 저온 냉각시스템은 종래와 달리 오일이 유기적이면서도 효과적으로 잘 회수될 수 있게 컨트롤함으로써 압축기(131,132)의 오일 레벨을 최상의 컨디션(condition)으로 유지할 수 있게끔 관리할 수 있고, 이로 인해 수소차량의 충전과 관련하여 최적의 상태로 시스템을 구동할 수 있도록 한다.
이러한 효과를 제공할 수 있는 본 실시예에 따른 오일 회수기능을 구비하는 수소가스 충전기용 저온 냉각시스템(100)은 냉각된 열매유를 이용하여 수소가스를 냉각시키기 위한 프리쿨러(110)에 연결되어 열매유를 냉각시키는 것으로서, 열매유 순환관(112)과 이에 부속하는 열매유 저장탱크(112)를 포함할 수 있다.
열매유 순환관(112)은 프리쿨러(110)에 연결되고 열매유가 순환하는 라인을 이룬다. 그리고, 열매유 저장탱크(112)는 열매유 순환관(112)의 라인 상에 마련되며, 열매유 순환관(112)을 따라 유동하는 열매유를 저장하는 장소를 이룬다.
열매유 순환관(112)은 프리쿨러(110) 측의 열매유를 열매유 저장탱크(112)로 공급하는 열매유 공급부(113)와, 열매유 저장탱크(112) 측의 열매유를 프리쿨러(110)로 배출하는 열매유 배출부(114)를 포함한다.
열매유 배출부(114)의 라인 상에 관로를 따라 흐르는 열매유를 펌핑(pumping)하는 열매유 펌프(117)가 마련된다. 열매유 펌프(117)의 동작 시 프리쿨러(110) 측의 열매유가 열매유 공급부(113)를 통해 열매유 저장탱크(112)에 저장되고, 열매유 저장탱크(112)의 열매유는 열매유 배출부(114)를 통해 프리쿨러(110)로 배출되는 순환 동작을 이룬다.
열매유 순환관(112)의 일측에는 열매유 순환관(112)으로 순환되는 열매유를 냉각시키는 증발기(116)가 마련된다.
그리고, 증발기(116)의 작용을 위하여 증발기(116)에는 증발기(116)와 함께 하나의 시스템을 형성하면서 증발기(116)를 냉각시키는 수단들로서, 아래의 구성들, 즉 압축기(131,132), 응축기(133) 등의 구성들이 연결된다.
이에 대해 소개한다. 아래의 수단들은 증발기(116)와 함께 냉동사이클을 이루며, 증발기(116)를 냉각시킴으로써 증발기(116)를 지나는 열매유 순환관(112) 내의 열매유가 냉각될 수 있도록 한다.
특히, 본 실시예의 경우, 냉매가 증발기(116)를 통해 열매유 순환관(112)과 열교환하면서 급격하게 팽창됨에 따라 압축기(131,132)가 작동하는 상태에서는 팽창된 냉매가 원활히 압축기(131,132)로 순환되지 못할 수 있고, 이로 인해 압축기(131,132)가 손상될 수도 있지만, 본 실시예의 경우, 아래 구성들의 구조적인 특징으로 인해 이러한 문제점을 해소할 수 있다.
이러한 수단은 복수 개로 배치되는 한편 독립적으로 구동하면서 냉매를 압축하는 제1 및 제2 압축기(131,132)와, 제1 및 제2 압축기(131,132) 중 적어도 어느 하나의 압축기(131,132)에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기(133)와, 복수 개의 전자식 냉각밸브를 포함하여 응축된 냉매가 팽창되게 하는 냉각밸브 어셈블리(140)와, 제1 및 제2 압축기(131,132), 응축기(133), 냉각밸브 어셈블리(140) 및 증발기(116)를 연결하는 냉매 배관부(135)를 포함한다. 냉매 배관부(135)는 복수 개의 배관으로 이루어질 수 있다.
이러한 구성에 의해, 제1 및 제2 압축기(131,132) 중 적어도 어느 하나에서 냉매를 고온, 고압의 기체로 압축하면 압축된 냉매가 냉매 배관부(135)를 따라 응축기(133)로 향하면서 응축된 후, 냉각밸브 어셈블리(140)를 통해 증발기(116)에서 기화됨으로써, 기화열의 회수작용으로 인해 증발기(116) 영역이 냉각될 수 있고, 이의 작용으로 증발기(116)를 지나는 열매유 순환관(112) 내의 열매유가 냉각될 수 있게 된다.
한편, 냉각 작용의 효율을 높이기 위해, 본 시스템에는 아래의 구성들이 추가된다. 즉 응축기(133)에는 응축기(133)를 냉각시키기 위한 응축기 냉각부(150)가 연결된다.
응축기 냉각부(150)는 냉각수(COOLING WATER)를 저장하는 냉각수 탱크(151)와, 냉각수 탱크(151)와 응축기(133)에 연결되고 냉각수 탱크(151) 측의 냉각수를 응축기(133)로 공급하는 냉각수 공급 라인부(152)와, 냉각수 탱크(151)와 응축기(133)에 연결되고 응축기(133) 측의 냉각수를 냉각수 탱크(151)로 배출하는 냉각수 배출 라인부(153)와, 냉각수 공급 라인부(152) 또는 냉각수 배출 라인부(153)에 마련되고 해당 라인을 개폐하는 냉각수 개폐 밸브(154)를 포함한다. 이에, 냉각수 개폐 밸브(154)가 동작하여 냉각수가 냉각수 탱크(151), 냉각수 공급 라인부(152), 응축기(133) 및 냉각수 배출 라인부(153)로 순환되면서 응축기(133)를 냉각시킬 수 있다.
응축기(133)에 이웃한 냉매 배관부(135)에는 액체 저장기(136, LIQUID RECEIVER)가 마련된다. 그리고, 냉매 배관부(135)를 따라 액체 저장기(136)의 일측에는 어큐물레이터(137, ACCUMULATOR)가 마련된다.
이러한 구성으로, 열매유 펌프(117)의 동작 시 프리쿨러(110) 측의 열매유가 열매유 공급부(113)를 통해 열매유 저장탱크(112)에 저장되고, 열매유 저장탱크(112)의 열매유는 열매유 배출부(114)를 통해 프리쿨러(110)로 배출되는 순환 동작을 이룬다.
이때, 제1 및 제2 압축기(131,132) 중 적어도 어느 하나에서 냉매를 고온, 고압의 기체로 압축하면 압축된 냉매가 냉매 배관부(135)를 따라 응축기(133)로 향하면서 응축된 후, 냉각밸브 어셈블리(140)를 통해 증발기(116)에서 기화됨으로써, 기화열의 회수작용으로 인해 증발기(116) 영역이 냉각될 수 있고, 이의 작용으로 증발기(116)를 지나는 열매유 순환관(112) 내의 열매유가 냉각될 수 있게 되는 것이다.
한편, 본 시스템에서 냉매 배관부(135)의 일측, 즉 제1 및 제2 압축기(131,132)와 응축기(133)를 연결하는 냉매 배관부(135)의 일측에는 제1 및 제2 압축기(131,132)의 작용 시 누출 가능한 오일(OIL)을 회수하는 오일 회수부(160)가 더 갖춰진다. 이때의 오일은 POE(폴리올레핀 엘라스토머) 오일이나 이하에서는 단순히 오일이라 설명한다.
앞서도 잠시 언급한 것처럼, 압축기(131,132)는 구동 시 프레온 냉매가스를 토출하는데, 이때 오일도 같이 이동한다.
물론, 오일 세퍼레이터(163)를 통과하면서 냉매가스와 오일은 서로 분리되기는 하지만, 본 시스템처럼 증발온도가 ??40℃ ~ -60℃ 정도로 낮은 온도영역 대에서는 냉매 통과량이 소량이라 오일 회수가 느려질 수 있는데, 이럴 경우, 압축기(131,132)의 오일 레벨이 최상의 컨디션(condition)을 유지할 수 없을 수도 있다. 이를 보완하기 위해 오일 회수부(160)가 갖춰진다.
오일 회수부(160)는 제1 및 제2 압축기(131,132)와 응축기(133)를 연결하되 서로 분리된 제1 및 제2 연결 배관(161,162)의 분리 지점에 마련되고 제1 연결 배관(161)에서 제2 연결 배관(162)으로 향하는 냉매가스와 오일을 분리하는 오일 세퍼레이터(163, OIL SEPARATOR)와, 오일 세퍼레이터(163)에서 연결되는 오일 라인(164) 상에 마련되고 오일 세퍼레이터(163) 측에서 공급되는 오일을 저장하는 오일 저장부(165, OIL RESERVOIR)와, 오일 저장부(165) 및 제1 압축기(131)와 연결되고 오일 저장부(165) 측의 오일을 제1 압축기(131)의 크랭크실로 전달하는 제1 오일 전달라인(166)과, 오일 저장부(165) 및 제2 압축기(132)와 연결되고 오일 저장부(165) 측의 오일을 제2 압축기(132)의 크랭크실로 전달하는 제2 오일 전달라인(167)과, 제1 오일 전달라인(166) 또는 제2 오일 전달라인(167)에 마련되며, 제1 및 제2 압축기(131,132)의 안정적인 윤활작용을 위해 오일 저장부(165)에 저장된 오일이 제1 및 제2 압축기(131,132)의 크랭크실로 향하게 라인을 선택적으로 개폐하는 냉매가스 전자밸브(168)를 포함할 수 있다. 냉매가스 전자밸브(168)는 장치 컨트롤러(180)의 컨트롤에 의해 그 동작이 자동으로 개폐된다.
이러한 오일 회수부(160)가 적용됨으로써 압축기(131,132)는 수소가스 충전온도 및 수소가스 충전차량 규모에 따라 수소 충전시간과 수소 충전량 등에 관련없이 상온부터 극저온까지 안정적을 오일을 회수할 수 있으며, 이로 인해 최적의 성능을 유지할 수 있다.
오일 회수부(160) 및 장치 컨트롤러(180)의 작용에 대해 좀 더 부연 설명한다. 예컨대 상온에서는 냉매가스(예컨대 프레온 냉매가스)와 오일(예컨대 POE 오일)이 활성화 상태로 압축기(131,132)의 기동을 원화하게 한다. 오일 세퍼레이터(163)는 신속하게 냉매가스와 오일을 분리하여 압축기(131,132)의 크랭크실로 오일이 회수되게 한다.
한편, 본 시스템에 적용되는 냉각 수단의 구성품인 압축기(131,132)는 수소가스 충전온도 및 수소가스 충전차량의 규모에 따라 그 충전시간과 충전량이 달라질 수 있다. 이 경우, 자동제어 출력신호에 따라 압축기(131,132) 2대를 병렬로 동시운전, 개별운전 또는 교번운전함에 있어서 오일을 양분화하는 오일 회수 평행 밸런스가 깨지면서 압축기(131,132) 오일 레벨 불균형에 의한 압축기(131,132) 기관 소손의 위험이 있을 수 있는데, 특히 이러한 증상은 본 시스템처럼 증발온도가 낮고 냉매가스 통과량이 적어지는 저온 영역대에서 가장 두드러지게 나타난다.
이에, 본 시스템에서는 오일 회수부(160)를 적용하는 한편, 장치 컨트롤러(180)로 이를 컨트롤해서 이러한 폐단이 발생하지 않게끔 하고 있는 것이다.
본 실시예에서 장치 컨트롤러(180)는 제1 및 제2 압축기(131,132)가 동시운전, 개별운전 또는 교번운전 가능하게 컨트롤하는 한편, 오일 회수부(160)의 냉매가스 전자밸브(168)의 동작을 유기적인 메커니즘으로 컨트롤한다.
이를 위해, 오일 저장부(165)에는 오일 저장부(165) 내이 오일 레벨을 감지하는 레벨 감지기(169)가 마련되며, 장치 컨트롤러(180)는 레벨 감지기(169)의 감지신호에 기초하여 냉매가스 전자밸브(168)의 개폐 동작을 유기적인 메커니즘으로 컨트롤한다.
즉 장치 컨트롤러(180)는 평상시 고압의 가스압력을 가둬두게 컨트롤하면서 레벨 감지기(169)에 의한 오일 저장부(165)의 오일 저레벨 신호가 발생할 때만 냉매가스 전자밸브(168)가 열려(open) 오일 저장부(165)에 저장된 오일이 제1 및 제2 압축기(131,132)의 크랭크실로 보충되게 컨트롤한다. 따라서, 원활하면서도 안정적인 압축기(131,132)의 윤활작용에 이바지할 수 있도록 한다.
이러한 오일 보충 시 소량이지만 고압 냉매가스가 오일과 혼합되어 압축기(131,132)의 크랭크실로 유입되어 증발온도가 상승하는 것을 방지하기 위해, 장치 컨트롤러(180)는 레벨 감지기(169)에 의한 오일 저장부(165)의 오일 고레벨 신호와 PLC 설정 시간 연동값에 기초하여 냉매가스 전자밸브(168)가 닫히게 자동 컨트롤함으로써 2대의 압축기(131,132) 각각의 오일 레벨이 최상의 컨디션을 유지할 수 있도록 하며, 이로 인해 수소가스 충전차량 컨셉에 능동적이면서도 다양한 압축기 제어를 할 수 있게끔 한다.
이러한 역할을 수행하는 컨트롤러(180)는 중앙처리장치(181, CPU), 메모리(182, MEMORY), 그리고 서포트 회로(183, SUPPORT CIRCUIT)를 포함할 수 있다.
중앙처리장치(181)는 본 실시예에서 제1 및 제2 압축기(131,132)가 동시운전, 개별운전 또는 교번운전 가능하게 컨트롤하는 한편, 오일 회수부(160)의 냉매가스 전자밸브(168)의 동작을 유기적인 메커니즘으로 컨트롤하기 위해서 산업적으로 적용될 수 있는 다양한 컴퓨터 프로세서들 중 하나일 수 있다.
메모리(182, MEMORY)는 중앙처리장치(181)와 연결된다. 메모리(182)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(183, SUPPORT CIRCUIT)는 중앙처리장치(181)와 결합되어 프로세서의 전형적인 동작을 지원한다. 이러한 서포트 회로(183)는 캐시, 파워 서플라이, 클록 회로, 입/출력 회로, 서브시스템 등을 포함할 수 있다.
본 실시예에서 컨트롤러(180)는 레벨 감지기(169)에 의한 오일 저장부(165)의 오일 저레벨 신호가 발생할 때만 냉매가스 전자밸브(168)가 열려(open) 오일 저장부(165)에 저장된 오일이 제1 및 제2 압축기(131,132)의 크랭크실로 보충되게 컨트롤하는 한편, 레벨 감지기(169)에 의한 오일 저장부(165)의 오일 고레벨 신호와 PLC 설정 시간 연동값에 기초하여 냉매가스 전자밸브(168)가 닫히게 자동 컨트롤하는데, 이러한 일련의 컨트롤 프로세스 등은 메모리(182)에 저장될 수 있다. 전형적으로는 소프트웨어 루틴이 메모리(182)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 또는 집적 회로와 같은 하드웨어로 구현되거나 또는 소프트웨어와 하드웨어의 조합에 의해서 구현될 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 구조를 기반으로 작용을 하는 본 실시예에 따르면, 종래와 달리 오일이 유기적이면서도 효과적으로 잘 회수될 수 있게 컨트롤함으로써 압축기(131,132)의 오일 레벨을 최상의 컨디션(condition)으로 유지할 수 있게끔 관리할 수 있고, 이로 인해 수소차량의 충전과 관련하여 최적의 상태로 시스템을 구동할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 오일 회수기능을 구비하는 수소가스 충전기용 저온 냉각시스템에 대한 제어블록도이다.
이 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 오일 회수기능을 구비하는 수소가스 충전기용 저온 냉각시스템 역시, 전술한 실시예처럼 오일 회수부(160)를 구비하며, 장치 컨트롤러(280)는 오일 회수부(160)의 냉매가스 전자밸브(168)의 동작을 컨트롤한다.
한편, 이러한 구성들 외에 본 실시예에 따른 오일 회수기능을 구비하는 수소가스 충전기용 저온 냉각시스템에는 오일량 감지기(291), 비상 알림부(293) 및 시스템 전원 강제 차단부(295)가 더 구비된다. 오일량 감지기(291), 비상 알림부(293) 및 시스템 전원 강제 차단부(295)는 모두가 장치 컨트롤러(280)와 연계하여 동작한다.
오일량 감지기(291)는 제1 및 제2 압축기(131,132)로 보충되는 제1 및 제2 압축기(131,132)의 오일 보충량을 감지한다.
비상 알림부(293)는 제1 및 제2 압축기(131,132)로 보충되는 오일 보충량이 미리 설정된 기준값을 벗어난 경우에 비상 알림을 진행하여 작업자의 유지보수가 이루어질 있게 한다. 따라서, 비상 알림부(293)는 무선 통신장치를 갖추어 관리자와 무선 통신할 수도 있다.
시스템 전원 강제 차단부(295)는 비상 알림부(293)가 동작한 경우, 다시 말해 제1 및 제2 압축기(131,132)로 보충되는 오일 보충량이 미리 설정된 기준값을 벗어난 경우에 본 시스템의 동작이 자동으로 또한 강제로 차단되게 한다.
본 실시예처럼 오일량 감지기(291), 비상 알림부(293) 및 시스템 전원 강제 차단부(295)가 더 갖춰지고 이들이 장치 컨트롤러(280)와 연계하여 동작할 경우, 좀 더 안정적인 시스템 운용이 가능하고, 시스템에 포함되는 부품, 장치들의 내구성을 보장할 수 있는 이점이 있다. 본 실시예가 적용되더라도 본 발명의 효과를 제공할 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 : 수소가스 충전기용 저온 냉각시스템 110 : 프리쿨러
112 : 열매유 순환관 113 : 열매유 공급부
114 : 열매유 배출부 115 : 열매유 저장탱크
116 : 증발기 117 : 열매유 펌프
131 : 제1 압축기 132 : 제2 압축기
133 : 응축기 135 : 냉매 배관부
136 : 액체 저장기 137 : 어큐물레이터
140 : 냉각밸브 어셈블리 150 : 응축기 냉각부
151 : 냉각수 탱크 152 : 냉각수 공급 라인부
153 : 냉각수 배출 라인부 154 : 냉각수 개폐 밸브
160 : 오일 회수부 161 : 제1 연결 배관
162 : 제2 연결 배관 163 : 오일 세퍼레이터
164 : 오일 라인 165 : 오일 저장부
166 : 제1 오일 전달라인 167 : 제2 오일 전달라인
168 : 냉매가스 전자밸브 169 : 레벨 감지기
180 : 장치 컨트롤러

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 냉각된 열매유를 이용하여 수소가스를 냉각시키기 위한 프리쿨러에 연결되되 열매유를 저장하는 열매유 저장탱크;
    상기 프리쿨러와 상기 열매유 저장탱크에 연결되되 상기 프리쿨러 측의 열매유를 상기 열매유 저장탱크로 공급하는 열매유 공급부와, 상기 열매유 저장탱크 측의 열매유를 상기 프리쿨러로 배출하는 열매유 배출부를 구비하며, 열매유가 순환하는 라인을 이루는 열매유 순환관;
    상기 열매유 순환관의 열매유 배출부의 라인 상에 마련되며, 관로를 따라 흐르는 열매유를 펌핑(pumping)하는 열매유 펌프;
    상기 열매유 순환관의 일측에 마련되되 상기 열매유 순환관으로 순환되는 열매유를 냉각시키는 증발기;
    복수 개로 배치되는 한편 독립적으로 구동하면서 냉매를 압축하는 제1 및 제2 압축기;
    상기 제1 및 제2 압축기 중 적어도 어느 하나의 압축기에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기;
    상기 제1 및 제2 압축기, 상기 응축기 및 상기 증발기를 연결하는 냉매 배관부;
    상기 제1 및 제2 압축기와 상기 응축기를 연결하는 냉매 배관부의 일측에 연결되되 상기 제1 및 제2 압축기의 작용 시 누출 가능한 오일(OIL)을 회수하는 오일 회수부; 및
    상기 제1 및 제2 압축기가 동시운전, 개별운전 또는 교번운전 가능하게 컨트롤하는 한편, 상기 오일 회수부의 동작을 유기적인 메커니즘으로 컨트롤하는 장치 컨트롤러를 포함하고,
    상기 오일 회수부는,
    상기 제1 및 제2 압축기와 상기 응축기를 연결하되 서로 분리된 제1 및 제2 연결 배관의 분리 지점에 마련되고 상기 제1 연결 배관에서 상기 제2 연결 배관으로 향하는 냉매가스와 오일을 분리하는 오일 세퍼레이터(OIL SEPARATOR);
    상기 오일 세퍼레이터에서 연결되는 오일 라인 상에 마련되고 상기 오일 세퍼레이터 측에서 공급되는 오일을 저장하는 오일 저장부(OIL RESERVOIR);
    상기 오일 저장부 및 상기 제1 압축기와 연결되고 상기 오일 저장부 측의 오일을 상기 제1 압축기의 크랭크실로 전달하는 제1 오일 전달라인;
    상기 오일 저장부 및 상기 제2 압축기와 연결되고 상기 오일 저장부 측의 오일을 상기 제2 압축기의 크랭크실로 전달하는 제2 오일 전달라인; 및
    상기 제1 오일 전달라인 또는 상기 제2 오일 전달라인에 마련되며, 상기 제1 및 제2 압축기의 안정적인 윤활작용을 위해 상기 오일 저장부에 저장된 오일이 상기 제1 및 제2 압축기의 크랭크실로 향하게 라인을 선택적으로 개폐하되 상기 장치 컨트롤러에 의해 개폐동작이 컨트롤되는 냉매가스 전자밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는, 오일 회수기능을 구비하는 수소가스 충전기용 저온 냉각시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 오일 회수부는 상기 오일 저장부 내의 오일 레벨을 감지하는 레벨 감지기를 더 포함하며,
    상기 장치 컨트롤러는 상기 레벨 감지기의 감지신호 또는 PLC 설정 시간 연동값에 기초하여 상기 냉매가스 전자밸브의 개폐 동작을 유기적인 메커니즘으로 컨트롤하는 것을 특징으로 하는, 오일 회수기능을 구비하는 수소가스 충전기용 저온 냉각시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 장치 컨트롤러는 평상시 고압의 가스압력을 가둬두게 컨트롤하면서 상기 레벨 감지기에 의한 상기 오일 저장부의 오일 저레벨 신호가 발생할 때만 상기 냉매가스 전자밸브가 열려(open) 상기 오일 저장부에 저장된 오일이 상기 제1 및 제2 압축기의 크랭크실로 보충되게 컨트롤하며,
    상기 장치 컨트롤러는 오일 보충 시 냉매가스가 상기 압축기의 크랭크실로 유입되어 증발온도가 상승하는 것을 방지하기 위해 상기 레벨 감지기에 의한 상기 오일 저장부의 오일 고레벨 신호와 PLC 설정 시간 연동값에 기초하여 상기 냉매가스 전자밸브가 닫히게(close) 자동 컨트롤하는 것을 특징으로 하는, 오일 회수기능을 구비하는 수소가스 충전기용 저온 냉각시스템.
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CN113375047A (zh) * 2021-08-11 2021-09-10 河南氢枫能源技术有限公司 一种双压缩系统运行的氢站及其运行方法
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