KR102217530B1 - 수소가스 충전기용 냉각장치 제어시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수소가스 충전기용 냉각장치 제어시스템에 관한 것으로서, 냉각된 열매유를 이용하여 수소가스를 냉각시키기 위한 프리쿨러에 연결되어 열매유를 냉각시키는 수소가스 충전기용 냉각장치; 및 상기 수소가스 충전기용 냉각장치를 유기적인 메커니즘으로 컨트롤하는 장치 컨트롤러를 포함하며, 상기 수소가스 충전기용 냉각장치는, 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; 및 상기 증발기와 연결되고 상기 증발기와 함께 하나의 시스템을 형성하면서 상기 증발기를 냉각시키는 냉각 장치부를 포함하며, 상기 냉각 장치부는, 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; 및 상기 응축기에 연결되되 상기 응축기를 냉각시키는 응축기 냉각부를 포함한다.

Description

수소가스 충전기용 냉각장치 제어시스템{Control system for a cooling apparatus of hydrogen gas charger}
본 발명은, 수소가스 충전기용 냉각장치 제어시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 수소차량에 획기적이면서 안정적으로 수소가스를 충전할 수 있는, 수소가스 충전기용 냉각장치 제어시스템에 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, 수소차량 충전 시 초기에는 약200Bar~400Bar의 충전압력으로 충전을 시작하며, 그러다가 수소차량 내의 탱크압력이 충전압력과 균일해지는 시점에 약 600Bar~750Bar의 고압으로 충전되는 것이 일반적이다.
그런데, 이러한 수소 충전압력 증가로 인해 냉각장치 부하량이 증가하는 한편 수소차량 충전시간이 늘어나며, 냉각장치 경보 시 충전중단이 발생할 수 있다.
특히, 수소차량 충전 시 대기 중인 전술한 냉각장치가 가동하면 수소차량 충전시간이 지체됨과 동시에 기동전류가 급상승하는 한편, 수소가스 온도 T40(-33℃ ~ -40℃) 조건에 미달하는 현상이 발생할 수 있는데, 혹시라도 이러한 현상이 발생하면 수소차량에 수소가스를 안정적으로 충전할 수 없다는 점을 고려해볼 때, 이를 적절하게 제어하기 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, 수소차량에 획기적이면서 안정적으로 수소가스를 충전할 수 있는, 수소가스 충전기용 냉각장치 제어시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 냉각된 열매유를 이용하여 수소가스를 냉각시키기 위한 프리쿨러에 연결되어 열매유를 냉각시키는 수소가스 충전기용 냉각장치; 및 상기 수소가스 충전기용 냉각장치를 유기적인 메커니즘으로 컨트롤하는 장치 컨트롤러를 포함하며, 상기 수소가스 충전기용 냉각장치는, 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; 및 상기 증발기와 연결되고 상기 증발기와 함께 하나의 시스템을 형성하면서 상기 증발기를 냉각시키는 냉각 장치부를 포함하며, 상기 냉각 장치부는, 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; 및 상기 응축기에 연결되되 상기 응축기를 냉각시키는 응축기 냉각부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소가스 충전기용 냉각장치 제어시스템에 의해 달성된다.
상기 장치 컨트롤러는, 충전신호 및 충전온도를 전력선 통신(PLC, Power Line Communication)로 직접 전송받은 후, 그 상태값을 판단하여 상기 제1 및 제2 압축기 중에서 적어도 어느 한 압축기를 개별적으로 저전류 운전하는 한편 상기 열매유 펌프를 가변속도 조정할 수 있다.
충전소 내 충전 대상의 수소차량이 없는 경우, 상기 장치 컨트롤러는 상기 수소가스 충전기용 냉각장치가 대기모드로 자동 전환되게 컨트롤하되 상기 열매유 펌프는 약 30헤르츠(hertz/Hz)로 저속운전하고, 상기 제1 및 제2 압축기 중에서 적어도 어느 한 압축기는 교대 자동 운전하게 컨트롤하고, 소정의 충전신호에 따라 수소차량이 충전을 진행하면 상기 장치 컨트롤러는 상기 수소가스 충전기용 냉각장치가 충전모드로 자동 전환하게 컨트롤할 수 있다.
상기 응축기 냉각부는, 냉각수(COOLING WATER)를 저장하는 냉각수 탱크; 상기 냉각수 탱크와 상기 응축기에 연결되고 상기 냉각수 탱크 측의 냉각수를 상기 응축기로 공급하는 냉각수 공급 라인부; 상기 냉각수 탱크와 상기 응축기에 연결되고 상기 응축기 측의 냉각수를 상기 냉각수 탱크로 배출하는 냉각수 배출 라인부; 및 상기 냉각수 공급 라인부 또는 상기 냉각수 배출 라인부에 마련되고 해당 라인을 개폐하는 냉각수 개폐 밸브를 포함하며, 상기 응축기에 이웃한 냉매 배관부에는 액체 저장기(LIQUID RECEIVER)가 마련되며, 상기 냉매 배관부를 따라 상기 액체 저장기의 일측에는 어큐물레이터(ACCUMULATOR)가 마련될 수 있다.
본 발명에 따르면, 수소차량에 획기적이면서 안정적으로 수소가스를 충전할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소가스 충전기용 냉각장치 제어시스템의 시스템 구성도이다.
도 2는 도 1의 시스템에 대한 제어블록도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수소가스 충전기용 냉각장치 제어시스템의 시스템 구성도이다.
도 4는 도 3의 시스템에 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 수소가스 충전기용 냉각장치 제어시스템의 시스템 구성도이고, 도 2는 도 1의 시스템에 대한 제어블록도이다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 수소가스 충전기용 냉각장치 제어시스템은 수소차량에 획기적이면서 안정적으로 수소가스를 충전할 수 있도록 한 것이다.
이러한 효과를 제공할 수 있는 본 실시예에 따른 수소가스 충전기용 냉각장치 제어시스템은 냉각된 열매유를 이용하여 수소가스를 냉각시키기 위한 프리쿨러(110)에 연결되어 열매유를 냉각시키는 수소가스 충전기용 냉각장치(100)와, 수소가스 충전기용 냉각장치(100)를 유기적인 메커니즘으로 컨트롤하는 장치 컨트롤러(190)를 포함할 수 있다.
수소가스 충전기용 냉각장치(100)는 전술한 것처럼 열매유를 냉각시키기 위한 장치로서, 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 냉각 장치부(130)가 연결된다.
냉각 장치부(130)는 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, 냉각 장치부(130)의 구조적인 특징으로 인해 이러한 문제점을 해소할 수 있다.
이러한 냉각 장치부(130)는 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 장치부(130)의 효율을 높이기 위해, 본 실시예의 냉각 장치부(130)에는 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, 장치 컨트롤러(190)는 수소가스 충전기용 냉각장치(100)를 유기적인 메커니즘으로 컨트롤한다. 즉 장치 컨트롤러(190)는 충전신호 및 충전온도를 전력선 통신(PLC, Power Line Communication)로 직접 전송받은 후, 그 상태값을 판단하여 제1 및 제2 압축기(131,132) 중에서 적어도 어느 한 압축기(131,132)를 개별적으로 저전류 운전하는 한편 열매유 펌프(117)를 가변속도 조정하고, 복수 개의 전자식 냉각밸브를 포함하는 냉각밸브 어셈블리(140)는 온도값에 따라 자동 컨트롤한다.
특히, 본 시스템에는 자동 절체기능이 적용됨으로써 압축기(131,132) 경보 시 또는 센서 단락시에도 T30(-26℃ ~ -33℃) 조건으로 충전 가능하도록 프로그램된다.
이러한 역할을 수행하는 컨트롤러(190)는 중앙처리장치(191, CPU), 메모리(192, MEMORY), 그리고 서포트 회로(193, SUPPORT CIRCUIT)를 포함할 수 있다.
중앙처리장치(191)는 본 실시예에서 수소가스 충전기용 냉각장치(100)를 유기적인 메커니즘으로 컨트롤하기 위해서 산업적으로 적용될 수 있는 다양한 컴퓨터 프로세서들 중 하나일 수 있다.
메모리(192, MEMORY)는 중앙처리장치(191)와 연결된다. 메모리(192)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(193, SUPPORT CIRCUIT)는 중앙처리장치(191)와 결합되어 프로세서의 전형적인 동작을 지원한다. 이러한 서포트 회로(193)는 캐시, 파워 서플라이, 클록 회로, 입/출력 회로, 서브시스템 등을 포함할 수 있다.
본 실시예에서 컨트롤러(190)는 충전신호 및 충전온도를 전력선 통신(PLC, Power Line Communication)로 직접 전송받은 후, 그 상태값을 판단하여 제1 및 제2 압축기(131,132) 중에서 적어도 어느 한 압축기(131,132)를 개별적으로 저전류 운전하는 한편 열매유 펌프(117)를 가변속도 조정하고, 복수 개의 전자식 냉각밸브를 포함하는 냉각밸브 어셈블리(140)는 온도값에 따라 자동 컨트롤하는데, 이러한 일련의 컨트롤 프로세스 등은 메모리(192)에 저장될 수 있다. 전형적으로는 소프트웨어 루틴이 메모리(192)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.
이하, 본 실시예에 따른 수소가스 충전기용 냉각장치 제어시스템의 동작을 살펴본다.
우선, 충전소 내 충전 대상의 수소차량이 없는 경우, 장치 컨트롤러(190)는 수소가스 충전기용 냉각장치(100)가 대기모드로 자동 전환되게 컨트롤한다. 이때, 열매유 펌프(117)는 약 30헤르츠(hertz/Hz)로 저속운전하고, 제1 및 제2 압축기(131,132) 중에서 적어도 어느 한 압축기(131,132)는 교번(교대) 자동 운전한다.
다음, 소정의 충전신호에 따라 수소차량이 충전을 진행하면 장치 컨트롤러(190)는 수소가스 충전기용 냉각장치(100)가 충전모드로 자동 전환하게 컨트롤한다. 이때, 대기모드로 항시 T40 조건으로 온도를 유지하고 있었으므로 충전시간 지체없이 즉시 완충이 가능하다.
이상 설명한 바와 같은 구조를 기반으로 작용을 하는 본 실시예에 따르면, 수소차량에 획기적이면서 안정적으로 수소가스를 충전할 수 있게 된다.
이하, 본 실시예의 효과에 대해 좀 더 부연한다.
수소차량 충전 및 대기 개별 모드에 따라 운전동력비가 감소하므로 에너지가 종래보다 현저하게 절감된다. 각 지역 수소충전소 가스 충전압력과 충전 사양 변화에도 냉각장치는 균일하게 적용 가능하다.
냉각장치 고장시에도 충전 가능한 획기적인 특별한 제어이며, 장시간 T30 조건 안정적 유지된다. 그리고, 수소가스 충전부하량에 능동적 전자식 냉각밸브를 적용함으로써 콤프 운전전류가 감소된다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수소가스 충전기용 냉각장치 제어시스템의 시스템 구성도이고, 도 4는 도 3의 시스템에 대한 제어블록도이다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 수소가스 충전기용 냉각장치 제어시스템 역시, 수소가스 충전기용 냉각장치(200)와, 이를 컨트롤하는 장치 컨트롤러(290)를 포함할 수 있다. 이들의 구성, 기능, 역할은 전술한 실시예와 실질적으로 동일하므로 중복 설명을 피한다.
다만, 본 실시예에 따른 수소가스 충전기용 냉각장치(200)에는 오일 회수부(160)가 더 갖춰지며, 장치 컨트롤러(290)는 오일 회수부(160)를 더 컨트롤한다.
오일 회수부(160)는 냉매 배관부(135)의 일측, 즉 제1 및 제2 압축기(131,132)와 응축기(133)를 연결하는 냉매 배관부(135)의 일측에 마련되며, 제1 및 제2 압축기(131,132)의 작용 시 누출 가능한 오일(OIL)을 회수하는 역할을 한다. 이때의 오일은 POE(폴리올레핀 엘라스토머) 오일이나 이하에서는 단순히 오일이라 설명한다.
참고로, 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 갖춰질 수 있다.
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(290)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(290)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(290)로 이를 컨트롤해서 이러한 폐단이 발생하지 않게끔 하고 있는 것이다.
본 실시예에서 장치 컨트롤러(290)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(290)는 레벨 감지기(169)의 감지신호에 기초하여 냉매가스 전자밸브(168)의 개폐 동작을 유기적인 메커니즘으로 컨트롤한다.
즉 장치 컨트롤러(290)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(290)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(290)는 중앙처리장치(291, CPU), 메모리(292, MEMORY), 그리고 서포트 회로(293, SUPPORT CIRCUIT)를 포함할 수 있다.
본 실시예가 적용될 경우, 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 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 냉각장치 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 190 : 장치 컨트롤러

Claims (4)

  1. 냉각된 열매유를 이용하여 수소가스를 냉각시키기 위한 프리쿨러에 연결되어 열매유를 냉각시키는 수소가스 충전기용 냉각장치; 및
    상기 수소가스 충전기용 냉각장치를 유기적인 메커니즘으로 컨트롤하는 장치 컨트롤러를 포함하며,
    상기 수소가스 충전기용 냉각장치는,
    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; 및
    상기 증발기와 연결되고 상기 증발기와 함께 하나의 시스템을 형성하면서 상기 증발기를 냉각시키는 냉각 장치부를 포함하며,
    상기 냉각 장치부는,
    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; 및
    상기 응축기에 연결되되 상기 응축기를 냉각시키는 응축기 냉각부를 포함하며,
    상기 장치 컨트롤러는, 충전신호 및 충전온도를 전력선 통신(PLC, Power Line Communication)로 직접 전송받은 후, 그 상태값을 판단하여 상기 제1 및 제2 압축기 중에서 적어도 어느 한 압축기를 개별적으로 저전류 운전하는 한편 상기 열매유 펌프를 가변속도 조정하며,
    충전소 내 충전 대상의 수소차량이 없는 경우, 상기 장치 컨트롤러는 상기 수소가스 충전기용 냉각장치가 대기모드로 자동 전환되게 컨트롤하되 상기 열매유 펌프는 30헤르츠(hertz/Hz)로 저속운전하고, 상기 제1 및 제2 압축기 중에서 적어도 어느 한 압축기는 교대 자동 운전하게 컨트롤하고, 소정의 충전신호에 따라 수소차량이 충전을 진행하면 상기 장치 컨트롤러는 상기 수소가스 충전기용 냉각장치가 충전모드로 자동 전환하게 컨트롤하는 것을 특징으로 하는 수소가스 충전기용 냉각장치 제어시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 응축기 냉각부는,
    냉각수(COOLING WATER)를 저장하는 냉각수 탱크;
    상기 냉각수 탱크와 상기 응축기에 연결되고 상기 냉각수 탱크 측의 냉각수를 상기 응축기로 공급하는 냉각수 공급 라인부;
    상기 냉각수 탱크와 상기 응축기에 연결되고 상기 응축기 측의 냉각수를 상기 냉각수 탱크로 배출하는 냉각수 배출 라인부; 및
    상기 냉각수 공급 라인부 또는 상기 냉각수 배출 라인부에 마련되고 해당 라인을 개폐하는 냉각수 개폐 밸브를 포함하며,
    상기 응축기에 이웃한 냉매 배관부에는 액체 저장기(LIQUID RECEIVER)가 마련되며,
    상기 냉매 배관부를 따라 상기 액체 저장기의 일측에는 어큐물레이터(ACCUMULATOR)가 마련되는 것을 특징으로 하는 수소가스 충전기용 냉각장치 제어시스템.
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