KR102259295B1 - Hydrogen Flowrate Field Calibration System - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 수소 유량 현장 교정시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 수소스테이션에서 수소전기차로 주입되는 수소충전량의 계량정확도를 검증할 수 있는 기술로서, 국가측정표준으로부터 소급된 질량측정방식의 수소유량 현장교정시스템을 개발하여, 수소충전기 내의 수소유량계의 계량정확도를 수소스테이션 현장에서 검증할 수 있는 수소 유량 현장 교정시스템에 대한 것이다. The present invention relates to a hydrogen flow rate field calibration system. More specifically, as a technology that can verify the measurement accuracy of the hydrogen filling amount injected from the hydrogen station to the hydrogen electric vehicle, we developed a mass measurement method on-site calibration system of the mass measurement method retrospectively from the national measurement standard. It is about a hydrogen flow rate field calibration system that can verify the measurement accuracy at the hydrogen station site.
수소스테이션에서 수소전기차를 충전할 때, 수소충전량에 따른 비용을 지불하는 방법은 수소충전기(디스펜서)내에 수소유량계(코리올리식 질량유량계)가 측정하는 수소 기체의 질량값에 의해 부과된다. 도 1은 수소충전소에서의 수소유량 충전 프로세스를 나타낸 것이다. 도 2는 수소충전기의 수소차 충전 이미지를 도시한 것이다. When charging a hydrogen electric vehicle at a hydrogen station, the method of paying the cost according to the amount of hydrogen charged is imposed by the mass value of hydrogen gas measured by a hydrogen flow meter (Coriolis mass flow meter) in the hydrogen charger (dispenser). 1 shows a hydrogen flow filling process at a hydrogen filling station. 2 shows an image of a hydrogen vehicle charging of a hydrogen charger.
수소충전기를 통해 수소자동차로 수소가 주입될 때에는 제한된 저장탱크의 부피에서 충전효율을 높이기 위해 수소기체 상태로 고압(700 기압), 저온(영하 40도씨)의 가혹한 조건에서 충전이 된다. 도 3은 수소충전기(디스펜서) 내에 설치되어 있는 코리올리식 질량유량계 사진을 나타낸 것이다. 도 4는 코리올리스 유량계의 원리를 나타낸 구성도를 도시한 것이다. When hydrogen is injected into a hydrogen vehicle through a hydrogen charger, it is charged under harsh conditions of high pressure (700 atmospheres) and low temperature (-40 degrees Celsius) in the state of hydrogen gas in order to increase the charging efficiency in the limited volume of the storage tank. 3 is a photograph showing a Coriolis type mass flow meter installed in a hydrogen charger (dispenser). 4 is a block diagram showing the principle of a Coriolis flow meter.
국내 수소충전기에 적용되고 있는 코리올리스 질량유량계는 도 4에 도시된 바와 같이 회전하는 물체에 작용하는 코리올리힘에 의한 변화가 질량유량과 선형적인 관계를 갖는 원리를 이용함으로써 기존의 차압식, 회전식 원리의 유량계와는 달리 부피유량을 측정하는 것이 아니라, 질량유량을 직접적으로 측정할 수 있기 때문에, 압력이 700 bar까지 상승하고, 온도가 -40 ~80 ℃까지 변하는 과도적인 상태에서도 밀도의 보정이 필요 없이 질량을 직접적으로 측정할 수 있다.The Coriolis mass flow meter applied to domestic hydrogen chargers uses the principle that the change due to the Coriolis force acting on a rotating object has a linear relationship with the mass flow as shown in FIG. Unlike the flow meter of , it does not measure the volume flow, but directly measures the mass flow, so it is necessary to correct the density even in the transient state where the pressure rises up to 700 bar and the temperature changes up to -40 ~ 80 ℃ The mass can be measured directly without
도 5는 레오닉사의 코리올리스 질량유량계 사진을 나타낸 것이다. 각 코리올리스 질량유량계 개발회사들 마다 각각의 고유의 기술을 가지고 있는 데, 도 5는 국내 충전소에서 주로 사용되고 있는 레오닉사의 코리올리스 유량로서 오메가(Omega)형사의 유로를 수소가 통과하면서 코리올리스 힘을 일으키게 되고, 유동이 있을때에는 코리올리스 힘에 의해서 오메가 형상이 뒤틀리게 되는데, 이 뒤틀림 각도의 위상차를 측정하여 유량을 결정하게 된다. 5 shows a photograph of a Coriolis mass flow meter of Rheonic Corporation. Each Coriolis mass flow meter development company has its own technology, and FIG. 5 shows the Coriolis flow rate of Leonyx, which is mainly used in domestic charging stations. As hydrogen passes through the flow path of Detective Omega, the Coriolis force When there is a flow, the omega shape is distorted by the Coriolis force, and the flow rate is determined by measuring the phase difference of the twist angle.
국내 수소충전소 디스펜서에서는 독일 유량계회사(레오닉, 코볼드)의 코리올리스 질량유량계가 사용되게 되는데, 수소유량 측정에 사용하기 위해서는 교정(Calibration)을 반드시 거치게 된다. 교정은 개발된 유량계가 기준유량값과의 차이의 정도를 오차(Error)로 나타내고, 이 오차가 갖는 불확도(Uncertainty)를 표시하게 된다. In domestic hydrogen filling station dispensers, Coriolis mass flowmeters from German flowmeter companies (Reonik, Kobold) are used, and calibration must be performed to use them for hydrogen flow measurement. Calibration indicates the degree of difference between the developed flowmeter and the reference flow rate as an error and displays the uncertainty of this error.
기준 유량은 국가표준(예를 들면 한국표준과학연구원의 기체유량표준시스템) 혹은 공인교정기관(예를 들면, KOLAS 한국인정기구)에서 소급된 측정값이어야지 교정성적서(Certificate)가 신뢰할 수 있고, 인정받을 수 있다. 본 발명의 발명자들은 현재 국내 수소충전소를 방문하여 설치된 수소유량계의 교정성적서를 확인하여 보았다. 도 6은 국내 수소충전기내 코리올리스 질량유량계의 교정성적서를 나타낸 것이다. The reference flow rate should be a measurement value retrospectively from a national standard (eg, the gas flow standard system of the Korea Institute of Standards and Science) or an accredited calibration institution (eg, KOLAS Korean Accreditation Organization) so that the calibration certificate is reliable, can be recognized The inventors of the present invention visited a domestic hydrogen filling station and checked the calibration report of the installed hydrogen flow meter. 6 shows a calibration report of a Coriolis mass flow meter in a domestic hydrogen charger.
도 6에 나타난 바와 같이, 국내 디스펜서 내의 코리올리스 질량유량계는 각각 교정을 수행하여 교정성적서를 발급받았고, 오차(Error)가 0.1% 수준으로 매우 정확한 것을 알 수 있다. 이는 일반적인 기체유량계의 불확도가 0.5 ~ 1% 수준이고, 현재 OIML(국제법정계량기구)에서 제정중인 수소유량에 대한 최고 정확도 기준인 3%에 비해 매우 정확하다고 볼 수 있다. As shown in FIG. 6 , each Coriolis mass flow meter in the domestic dispenser was calibrated and issued a calibration report, and it can be seen that the error is very accurate at 0.1% level. It can be seen that the uncertainty of a typical gas flow meter is 0.5 to 1%, and it is very accurate compared to the 3%, which is the highest accuracy standard for hydrogen flow currently enacted by the OIML (International Organization for Legal and Measures).
도 7은 물유량교정시스템을 이용한 코리올리스 질량유량계의 교정을 나타낸 구성도를 도시한 것이다. 그 이유로는 도 7에 도시된 바와 같이 교정이 이루어진 매질이 수소가 아닌 물로 이루어진 것임을 알 수 있었다. 즉 코리올리스 질량유량계는 질량을 바로 측정하는 원리의 유량계이기 때문에 질량으로서 교정이 가능하다는 가정아래 물로서 같은 질량 범위안에서 교정을 한 것이다. 7 is a block diagram showing the calibration of the Coriolis mass flow meter using the water flow calibration system. As a reason, as shown in FIG. 7, it was found that the medium in which the calibration was made was made of water, not hydrogen. In other words, since the Coriolis mass flowmeter is a flowmeter that measures mass directly, it is calibrated within the same mass range as water under the assumption that it can be calibrated as a mass.
도 7에 도시된 바와 같이, 저장조에 있는 물을 펌프로 유량을 조절하고 코리올리스 질량유량계로 흘려보내서, 후단에 저울(Scale) 위에 놓은 저장탱크에 물을 저장하고, 최종적으로 저울(Scale)로서 저장된 물의 질량을 측정하고, 저장되는 동안 걸린 시간을 측정하면 질량유량(kg/s)를 교정할 수 있게 되는 것이다. As shown in Fig. 7, the flow rate of water in the storage tank is controlled with a pump and flowed to a Coriolis mass flow meter, and water is stored in a storage tank placed on the scale at the rear end, and finally as a scale. By measuring the mass of stored water and measuring the time taken during storage, the mass flow rate (kg/s) can be corrected.
이는 질량은 수소의 충전조건과 동일하다고 볼 수 있지만, 압력도 상압조건(대기압과 유사)에서 이루어지고, 온도도 대기조건과 유사하고, 수소기체와 액체인 물의 차이에 의한 밀도의 영향도 고려되지 않은 채, 질량만 매칭하여 교정을 수행한 것으로 이해할 수 있다. It can be seen that the mass is the same as the filling condition of hydrogen, but the pressure is also made under atmospheric conditions (similar to atmospheric pressure), the temperature is also similar to atmospheric conditions, and the effect of density due to the difference between hydrogen gas and liquid water is not considered. It can be understood that calibration was performed by matching only the mass.
현재 국내 수소충전기에 설치된 유량계는 코리올리 힘 원리를 이용하여 흐르는 기체의 질량을 직접 측정할 수 있는 코리올리식 질량유량계로서, 동일한 질량 유량 조건에서 액체(물)로 교정하는 방법을 적용하고 있다. 그러나, 수소가 주입되는 조건인 수소기체의 고압, 저온조건에서의 충전시 측정정확도와의 상관관계는 밝혀진 연구결과가 없는 상황이다.Currently, the flowmeter installed in the domestic hydrogen charger is a Coriolis-type mass flowmeter that can directly measure the mass of a flowing gas using the Coriolis force principle, and a method of calibrating it with liquid (water) under the same mass flow condition is applied. However, there is no research result on the correlation with the measurement accuracy during charging under high-pressure and low-temperature conditions of hydrogen gas, which is the condition in which hydrogen is injected.
특히, 현재 국내 수소스테이션에서 수소유량계를 통해 계량한 수소충전량과 수소전기차의 저장탱크의 온도 및 압력센서로 계산하여 연료게이지로 표시되는 수소충전량 사이의 차이가 발생하여 수소스테이션의 운영자와 수소전기차의 소비자들에게 거래 신뢰성을 확보하고 있지 못하고 있다.In particular, there is a difference between the hydrogen filling amount measured through a hydrogen flow meter at the current domestic hydrogen station and the hydrogen filling amount calculated by the temperature and pressure sensor of the storage tank of the hydrogen electric vehicle and displayed on the fuel gauge. It does not secure transaction reliability to consumers.
따라서 수소스테이션에서의 수소전기차로의 수소충전 계량정확도를 확보하고, 수소스테이션과 수소전기차를 이용하는 소비자들을 보호하기 위한, 상거래 질서 확립을 위해서는 국가측정표준에서 소급된 교정방법으로 실제 수소가 충전되는 고압, 저온의 조건에서 수소충전기내 수소유량계를 교정하는 기술이 필수적이다Therefore, in order to secure the measurement accuracy of hydrogen charging from the hydrogen station to the hydrogen electric vehicle, and to protect the consumers who use the hydrogen station and the hydrogen electric vehicle, and to establish the order of commerce, the high pressure that is actually charged with hydrogen is a calibration method retroactive to the national measurement standard. However, it is essential to calibrate the hydrogen flow meter in the hydrogen charger under low-temperature conditions.
2018년에 개정된 국제법정계량기구(OIML) 규정은 정확도 등급(2, 4)에 따라 수소유량계의 최대허용오차를 1.5% ~ 2.0%으로 정하고 있으나, 고압 및 저온의 수소로 수소유량계를 교정할 수 있는 설비는 국내에는 전무하며, 외국 사례(일본, 미국)에서 초기 단계의 연구로 활용되기 시작하였다. 따라서, 수소충전기 내의 수소유량계를 수소충전 주입조건에서의 계량정확도를 검증하기 위해서는 수소스테이션 현장에서 교정이 이루어져야 한다.The International Organization for Legal Metrology (OIML), which was revised in 2018, sets the maximum allowable error of a hydrogen flow meter between 1.5% and 2.0% according to the accuracy class (2, 4). However, it is possible to calibrate the hydrogen flow meter with high-pressure and low-temperature hydrogen. There is no such facility in Korea, and it has started to be used as an early stage study in foreign cases (Japan and the United States). Therefore, in order to verify the metering accuracy of the hydrogen flow meter in the hydrogen charger under the hydrogen filling injection conditions, calibration should be done at the hydrogen station site.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 국가 유량 측정표준으로부터 소급된 질량측정방식의 수소유량 현장교정시스템을 개발하여, 수소스테이션에서 수소전기차로 수소가 주입되는 방식과 동일하게, 시스템 내의 수소저장탱크에 고압, 저온조건으로 수소기체를 충전하고, 충전된 수소기체의 질량을 정밀 저울로 측정하여 계량정확도를 검증하는 기술을 제공하는데 그 목적이 있다. Therefore, the present invention has been devised to solve the conventional problems as described above. According to an embodiment of the present invention, a hydrogen flow rate field calibration system of a mass measurement method retrospectively from the national flow rate measurement standard was developed, and hydrogen in a hydrogen station In the same way that hydrogen is injected into an electric vehicle, it provides a technology that charges the hydrogen gas in the hydrogen storage tank in the system under high-pressure and low-temperature conditions, and measures the mass of the charged hydrogen gas with a precision scale to verify the measurement accuracy. There is a purpose.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.On the other hand, the technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems that are not mentioned are clearly to those of ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs from the following description. It will be understandable.
본 발명의 목적은, 수소 유량계를 현장 교정하기 위한 시스템에 있어서, 내부 공간을 갖는 하우징; 상기 하우징 일측에 구비되어 충전시 수소스테이션 디스펜서 노즐부가 연결되는 리셉타클; 주입되는 수소가 저장되며 주입되는 수소의 온도를 실시간으로 측정하는 제1온도센서와, 압력을 실시간으로 측정하는 제1압력센서를 갖는 적어도 하나의 수소탱크; 상기 리셉타클을 통해 주입되는 수소가 공급되는 공급관; 상기 공급관 끝단에 분기되어 상기 수소탱크 각각과 연결되는 유입관; 상기 공급관 중단에 분기되어 상기 유입관과 연결되는 분기관과, 상기 분기관 일측에 구비되어 상기 수소탱크로 주입되는 수소의 유량을 측정하는 교정대상 유량계; 상기 교정대상 유량계 전단에 구비되어 상기 수소의 온도를 실시간으로 측정하는 제2온도센서와, 압력을 실시간으로 측정하는 제2압력센서; 상기 수소탱크 하단 또는 상기 하우징 하단에 구비되어, 상기 수소탱크 내로 수집되는 수소의 질량을 측정하는 정밀저울; 교정 평가 완료 후, 상기 수소탱크 내의 수소를 배기시키는 벤트시스템; 및 상기 교정 평가 완료 후, 상기 시스템의 이동모드시, 상기 수소탱크 내에 불활성 기체를 퍼징시키기 위한 퍼징시스템;을 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 유량 현장 교정시스템으로서 달성될 수 있다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a system for on-site calibration of a hydrogen flow meter, comprising: a housing having an interior space; a receptacle provided on one side of the housing to which the hydrogen station dispenser nozzle unit is connected when charging; At least one hydrogen tank having a first temperature sensor for storing the injected hydrogen and measuring the temperature of the injected hydrogen in real time, and a first pressure sensor for measuring the pressure in real time; a supply pipe through which hydrogen injected through the receptacle is supplied; an inlet pipe branched from the end of the supply pipe and connected to each of the hydrogen tanks; a branch pipe branched at the stop of the supply pipe and connected to the inlet pipe, and a calibration target flow meter provided at one side of the branch pipe to measure the flow rate of hydrogen injected into the hydrogen tank; a second temperature sensor provided at the front end of the calibration target flow meter to measure the temperature of the hydrogen in real time, and a second pressure sensor to measure the pressure in real time; a precision scale provided at the lower end of the hydrogen tank or at the lower end of the housing to measure the mass of hydrogen collected into the hydrogen tank; After completion of the calibration evaluation, a vent system for evacuating the hydrogen in the hydrogen tank; and a purging system for purging the inert gas in the hydrogen tank during the movement mode of the system after completion of the calibration evaluation; it can be achieved as a hydrogen flow rate field calibration system comprising a.
그리고 상기 정밀저울을 통해 측정된 수소의 적산질량과 상기 교정대상 유량계를 통해 측정된 수소의 적산질량을 비교하여 상기 교정대상 유량계의 특성을 평가하는 평가수단;을 더 포함하고, 상기 공급관 전단 일측에 구비되는 제1체크밸브와, 상기 공급관 중단 일측에 구비되는 제1밸브와, 상기 분기관 전단 일측에 구비되는 제2밸브와, 상기 분기관 후단 일측에 구비되는 제3밸브와, 상기 유입관 일측 각각에 구비되는 유입밸브를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. and evaluation means for evaluating the characteristics of the flow meter to be calibrated by comparing the integrated mass of hydrogen measured through the precision scale with the integrated mass of hydrogen measured through the flow meter to be calibrated; further comprising, at one side of the front end of the supply pipe A first check valve provided, a first valve provided at one end of the supply pipe, a second valve provided at one side of the front end of the branch pipe, a third valve provided at one side of the rear end of the branch pipe, and one side of the inlet pipe It may be characterized by including an inlet valve provided in each.
또한 상기 벤트시스템은, 상기 공급관과 상기 분기관에서 상기 하우징 외측으로 연결되는 배기관과, 상기 배기관 일측에 구비되는 압력조절밸브를 포함하고, 상기 퍼징시스템은, 불활성기체가 저장되는 저장탱크와, 상기 유입관과 상기 저장탱크 사이에 연결되어 상기 저장탱크 내의 불활성기체를 상기 수소탱크로 주입시키는 퍼지관과, 상기 퍼지관 일측에 구비되는 퍼지밸브를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the vent system includes an exhaust pipe connected to the outside of the housing from the supply pipe and the branch pipe, and a pressure control valve provided on one side of the exhaust pipe, and the purging system includes a storage tank for storing inert gas; It may include a purge pipe connected between the inlet pipe and the storage tank to inject an inert gas in the storage tank into the hydrogen tank, and a purge valve provided at one side of the purge pipe.
그리고 상기 정밀저울 하단에 구비되는 지지대와, 상기 지지대와 상기 하우징 사이에 구비되는 댐퍼를 포함하는 이동지지부;를 더 포함하여, 시스템 이동모드에서, 상기 정밀저울과 상기 하우징 내부를 보호하도록 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다. And a support provided at the lower end of the precision scale, and a movable support including a damper provided between the support and the housing; further comprising, in a system movement mode, configured to protect the precision scale and the inside of the housing can be characterized.
또한 상기 정밀저울과, 상기 교정대상 유량계와, 상기 제1온도센서, 상기 제1압력센서와, 상기 제2온도센서와, 상기 제2압력센서에서 측정된 데이터를 획득하고, 상기 유입밸브, 상기 압력조절밸브, 상기 제1밸브, 상기 제2밸브, 상기 제3밸브, 상기 퍼지밸브의 구동을 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the precision scale, the calibration target flowmeter, the first temperature sensor, the first pressure sensor, the second temperature sensor, and the second pressure sensor acquire the measured data, the inlet valve, the It may further include a pressure control valve, the first valve, the second valve, the third valve, the control unit for controlling the operation of the purge valve.
그리고 수소 충전기 내의 유량계 평가용 수소충전모드시, 상기 제2밸브와 상기 제3밸브와, 상기 압력조절밸브와, 상기 퍼지밸브를 닫고, 상기 제1밸브와 상기 유입밸브를 개방하고, 상기 노즐부를 상기 리셉타클에 연결하여, 상기 수소탱크에 수소를 주입하면서 상기 정밀저울을 통해 측정된 수소의 적산질량과 상기 수소 충전기 내의 유량계를 통해 측정된 수소의 적산질량을 비교하여 상기 수소 충전기 내의 유량계의 특성을 평가하는 것을 특징으로 할 수 있다. And in the hydrogen charging mode for flow meter evaluation in the hydrogen charger, the second valve, the third valve, the pressure control valve, and the purge valve are closed, the first valve and the inlet valve are opened, and the nozzle part By connecting to the receptacle and injecting hydrogen into the hydrogen tank, the accumulated mass of hydrogen measured through the precision balance and the accumulated mass of hydrogen measured through the flow meter in the hydrogen charger are compared. Characteristics of the flow meter in the hydrogen charger can be characterized by evaluating
또한 상기 교정대상 유량계 평가용 수소충전모드시, 상기 제1밸브와, 상기 압력조절밸브와, 상기 퍼지밸브를 닫고, 상기 제2밸브와 상기 제3밸브와 상기 유입밸브를 개방하고, 상기 노즐부를 상기 리셉타클에 연결하여, 상기 수소탱크에 수소를 주입하면서 상기 정밀저울을 통해 측정된 수소의 적산질량과 상기 교정대상 유량계를 통해 측정된 수소의 적산질량을 비교하여 상기 교정대상 유량계의 특성을 평가하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, in the hydrogen charging mode for evaluating the flow meter to be calibrated, the first valve, the pressure control valve, and the purge valve are closed, the second valve, the third valve, and the inlet valve are opened, and the nozzle unit By connecting to the receptacle and injecting hydrogen into the hydrogen tank, the integrated mass of hydrogen measured through the precision scale and the integrated mass of hydrogen measured through the flow meter to be calibrated are evaluated to evaluate the characteristics of the flow meter to be calibrated It can be characterized as
그리고 배기모드시, 교정평가 후에, 상기 제1밸브와, 상기 제2밸브, 상기 제3밸브, 상기 퍼지밸브를 닫고, 상기 노즐부를 탈착한 후, 상기 유입밸브를 개방하고 상기 압력조절밸브를 조절하여 상기 수소탱크 내의 수소를 벤트시키는 것을 특징으로 할 수 있다. In exhaust mode, after calibration evaluation, the first valve, the second valve, the third valve, and the purge valve are closed, the nozzle unit is removed, the inlet valve is opened, and the pressure control valve is adjusted Thus, it may be characterized in that the hydrogen in the hydrogen tank is vented.
또한 퍼징, 이동모드시, 상기 압력조절밸브를 닫고, 상기 퍼지밸브를 개방하여 상기 저장탱크 내의 불활성기체를 상기 수소탱크 내에 주입시킨 후, 상기 이동지지부를 설치하여 상기 시스템을 이동시키는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, in the purging and movement mode, the pressure control valve is closed, the purge valve is opened to inject the inert gas in the storage tank into the hydrogen tank, and then the moving support is installed to move the system. can
본 발명의 실시예에 따른 수소 유량 현장 교정시스템에 따르면, 국가 유량 측정표준으로부터 소급된 질량측정방식의 수소유량 현장교정시스템을 개발하여, 수소스테이션에서 수소전기차로 수소가 주입되는 방식과 동일하게, 시스템 내의 수소저장탱크에 고압, 저온조건으로 수소기체를 충전하고, 충전된 수소기체의 질량을 정밀 저울로 측정하여 계량정확도를 검증할 수 있는 효과를 갖는다. According to the hydrogen flow rate field calibration system according to an embodiment of the present invention, a hydrogen flow rate field calibration system of a mass measurement method retrospectively from the national flow rate measurement standard was developed, and in the same way as the method in which hydrogen is injected from a hydrogen station to a hydrogen electric vehicle, Hydrogen gas is filled in the hydrogen storage tank in the system under high pressure and low temperature conditions, and the mass of the charged hydrogen gas is measured with a precision scale to verify the measurement accuracy.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.On the other hand, the effects obtainable in the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following description. I will be able to.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 수소충전소에서의 수소유량 충전 프로세스,
도 2는 수소충전기의 수소차 충전 이미지,
도 3은 수소충전기(디스펜서) 내에 설치되어 있는 코리올리식 질량유량계 사진,
도 4는 코리올리스 유량계의 원리를 나타낸 구성도,
도 5는 레오닉사의 코리올리스 질량유량계 사진,
도 6은 국내 수소충전기내 코리올리스 질량유량계의 교정성적서,
도 7은 물유량교정시스템을 이용한 코리올리스 질량유량계의 교정을 나타낸 구성도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 수소유량 현장교정시스템의 개념도,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 수소유량 현장교정시스템의 단면도,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 수소유량 현장교정시스템의 제어부의 신호흐름을 나타낸 블록도,
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 수소충전기 내 유량계 평가용 수소충전모드에서의, 수소유량 현장교정시스템의 단면도,
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 시스템에 개별 설치된 유량계 평가용 수소충전모드에서의, 수소유량 현장교정시스템의 단면도,
도 13은 배기모드에서의 본 발명의 실시예에 따른 수소유량 현장교정시스템의 단면도,
도 14는 퍼징 모드에서의 본 발명의 실시예에 따른 수소유량 현장교정시스템의 단면도,
도 15는 이동 모드에서의 본 발명의 실시예에 따른 수소유량 현장교정시스템의 단면도,
도 16은 현장으로 이동시 트럭 등에 이용하는 예시 사진,
도 17은 본 발명의 실시예에 따라 제작된 수소유량 현장교정시스템의 사시도,
도 18은 본 발명의 실시예에 따라 제작된 수소유량 현장교정시스템의 사진,
도 19는 본 발명의 실험예에 따른 제작된 수소유량 현장교정시스템에서 고압질소기체를 이용한 경우의 사진과, DAQ 시스템 사진,
도 20은 본 발명의 실험예에 따른 질소 충전(5분45초) 동안의 현장교정시스템 저장탱크의 압력변화 그래프,
도 21은 본 발명의 실험예에 따른 질소 충전(5분45초) 동안의 코리올리스 유량계의 순간 유량(kg/min)의 변화 그래프,
도 22는 본 발명의 실험예에 따른 저장탱크 하부 정밀저울 적산질량(kg)과 코리올리스 유량계 적산질량(kg) 비교그래프를 도시한 것이다. The following drawings attached to this specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical spirit of the present invention together with the detailed description of the present invention, so that the present invention is limited only to the matters described in those drawings and should not be interpreted.
1 is a hydrogen flow filling process at a hydrogen filling station;
2 is an image of a hydrogen car charging of a hydrogen charger;
3 is a photo of a Coriolis-type mass flow meter installed in a hydrogen charger (dispenser);
4 is a block diagram showing the principle of a Coriolis flow meter;
5 is a photo of a Coriolis mass flow meter of Rheonic Corporation;
6 is a calibration report of a Coriolis mass flow meter in a domestic hydrogen charger,
7 is a configuration diagram showing the calibration of a Coriolis mass flow meter using a water flow calibration system;
8 is a conceptual diagram of a hydrogen flow field calibration system according to an embodiment of the present invention;
9 is a cross-sectional view of a hydrogen flow field calibration system according to an embodiment of the present invention;
10 is a block diagram showing a signal flow of the control unit of the hydrogen flow field calibration system according to an embodiment of the present invention;
11 is a cross-sectional view of a hydrogen flow rate field calibration system in a hydrogen charging mode for flow meter evaluation in a hydrogen charger according to an embodiment of the present invention;
12 is a cross-sectional view of a hydrogen flow rate field calibration system in a hydrogen charging mode for flow meter evaluation individually installed in a system according to an embodiment of the present invention;
13 is a cross-sectional view of a hydrogen flow rate field calibration system according to an embodiment of the present invention in an exhaust mode;
14 is a cross-sectional view of a hydrogen flow field calibration system according to an embodiment of the present invention in a purging mode;
15 is a cross-sectional view of a hydrogen flow field calibration system according to an embodiment of the present invention in a moving mode;
16 is an example photo used for a truck, etc. when moving to the site;
17 is a perspective view of a hydrogen flow rate field calibration system manufactured according to an embodiment of the present invention;
18 is a photograph of a hydrogen flow rate field calibration system manufactured according to an embodiment of the present invention;
19 is a photograph of a case of using high-pressure nitrogen gas in a hydrogen flow field calibration system manufactured according to an experimental example of the present invention, a photograph of a DAQ system,
20 is a pressure change graph of the storage tank of the field calibration system during nitrogen filling (5 minutes 45 seconds) according to an experimental example of the present invention;
21 is a graph of change in instantaneous flow rate (kg/min) of a Coriolis flow meter during nitrogen charging (5 minutes 45 seconds) according to an experimental example of the present invention;
22 is a graph showing a comparison graph of the integrated mass (kg) of the lower precision balance of the storage tank and the integrated mass (kg) of the Coriolis flow meter according to the experimental example of the present invention.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.The above objects, other objects, features, and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments related to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content may be thorough and complete, and the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.In the present specification, when a component is referred to as being on another component, it means that it may be formed directly on the other component or that a third component may be interposed therebetween. In addition, in the drawings, the thickness of the components is exaggerated for effective description of the technical content.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.Embodiments described herein will be described with reference to cross-sectional views and/or plan views, which are ideal exemplary views of the present invention. In the drawings, thicknesses of films and regions are exaggerated for effective description of technical content. Therefore, the shape of the exemplary diagram may be modified by manufacturing technology and/or tolerance. Accordingly, embodiments of the present invention are not limited to the specific form shown, but also include a change in form generated according to the manufacturing process. For example, the area shown at a right angle may be rounded or may have a shape having a predetermined curvature. Accordingly, regions illustrated in the drawings have properties, and the shapes of regions illustrated in the drawings are for exemplifying a specific shape of the region of the device and are not intended to limit the scope of the invention. In various embodiments of the present specification, terms such as first and second are used to describe various elements, but these elements should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one element from another element. The embodiments described and illustrated herein also include complementary embodiments thereof.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terms used in the present specification are for describing exemplary embodiments and are not intended to limit the present invention. In this specification, the singular form also includes the plural form unless specifically stated in the phrase. As used in the specification, "comprises" and/or "comprising" does not exclude the presence or addition of one or more other components.
아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.In describing the specific embodiments below, a number of specific contents have been prepared to explain the invention in more detail and to aid understanding. However, a reader who has knowledge in this field enough to understand the present invention can recognize that it can be used without these various specific contents. In some cases, it is mentioned in advance that parts that are commonly known in describing the invention and are not largely related to the invention are not described in order to prevent confusion without any reason in describing the invention.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 수소유량 현장교정시스템의 구성, 기능 및 그 작동방법에 대해 설명하도록 한다, 먼저 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 수소유량 현장교정시스템의 개념도를 도시한 것이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 국가 유량 측정표준으로부터 소급된 질량측정방식의 수소유량 현장교정시스템으로서, 수소스테이션에서 수소전기차로 수소가 주입되는 방식과 동일하게, 시스템 내의 수소저장탱크에 고압, 저온조건으로 수소기체를 충전하고, 충전된 수소기체의 질량을 정밀 저울로 측정하여 계량정확도를 검증하는 기술이다.Hereinafter, the configuration, function, and operation method of the hydrogen flow field calibration system according to an embodiment of the present invention will be described. First, FIG. 8 shows a conceptual diagram of the hydrogen flow field calibration system according to an embodiment of the present invention. . As shown in FIG. 8 , according to an embodiment of the present invention, as a hydrogen flow rate field calibration system of a mass measurement method retroactive from the national flow rate measurement standard, in the same way as hydrogen is injected from a hydrogen station to a hydrogen electric vehicle, the system It is a technology to verify the accuracy of weighing by filling the hydrogen storage tank with hydrogen gas under high pressure and low temperature conditions and measuring the mass of the charged hydrogen gas with a precision scale.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 수소유량 현장교정시스템의 단면도를 도시한 것이다. 그리고 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 수소유량 현장교정시스템의 제어부의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다. 9 is a cross-sectional view of a hydrogen flow field calibration system according to an embodiment of the present invention. And Figure 10 is a block diagram showing a signal flow of the control unit of the hydrogen flow field calibration system according to an embodiment of the present invention.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 수소 유량 현장 교정시스템(100)은, 전체적으로, 하우징(1), 리셉타클(Receptacle)(10), 복수의 수소탱크(Hydrogen Storage Tank)(30), 정밀저울(Weighing Scale)(20), 교정대상 유량계(코리올리스 유량계)(40) 벤트(vent)시스템(50), 퍼징시스템(60), 이동지지부(Transport support)(70), 제어부(DAQ)(90) 등을 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다. As shown in Figure 9, the hydrogen flow rate
하우징(1)은 내부 공간을 가지며 폐쇄된 외면을 갖는다, 리셉타클(10)은 하우징(1) 외면 일측에 구비되어 충전시 수소스테이션 디스펜서 노즐부(2)가 연결되도록 구성된다. The
수소탱크(30)는 도 9에 도시된 바와 같이, 주입되는 수소가 저장되며, 예를 들어 현대자동차 사의 NEXO에서 적용 중인 Type Ⅳ의 52L 탱크 3개로 구성될 수 있다. 수소탱크(30) 각각은 주입되는 수소의 온도를 실시간으로 측정하는 제1온도센서(33)와, 압력을 실시간으로 측정하는 제1압력센서(34)를 가지고 있음을 알 수 있다. 또한, 주입과정의 온도변화를 보다 정확히 측정할 수 있는 열전대(Thermo-Couple)가 설치될 수 있다. As shown in FIG. 9 , the
정밀저울(20)은 수소탱크(30) 하단 또는 도 9에 도시된 바와 같이, 하우징(1) 하단에 구비되어, 수소탱크(30) 내로 수집되는 수소의 질량을 측정하도록 구성됨을 알 수 있다. 즉, 주입된 수소의 질량을 측정할 수 있는 것으로 예를 들어, Scale 300kg, Accuracy 1g의 방폭인증을 받을 저울로 구성될 수 있다. It can be seen that the
교정대상 유량계(40)는 코리올리스 유량계일 수 있으며, 수소탱크(30) 내로 주입되는 수소의 양을 측정하며, 수소가 주입될 때 코리올리스 유량계(40)에 가해지는 온도와 압력을 측정하기 위해 유량계 전단 매니폴더에 제2온도센서(41)와 제2압력센서(42)가 설치된다. The
그리고 본 발명의 실시예에 따른 벤트시스템(50)을 포함하여, 교정 평가 완료 후, 수소탱크(30) 내의 수소를 배기시킬 수 있도록 구성된다. 즉 벤트시스템(50)은 수소탱크(30)에 주입된 수소를 대기중으로 낮은 압력으로 방충하기 위한 것으로 압력조절밸브(52)와 볼밸브(53)로 구성될 수 있다. And, including the
그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 교정 평가 완료 후, 상기 시스템(100)의 이동모드시, 수소탱크(30) 내에 불활성 기체를 퍼징시키기 위한 퍼징시스템(60)을 포함하여 구성될 수 있다. And according to an embodiment of the present invention, after completion of the calibration evaluation, when the
또한 도 9에 도시된 바와 같이, 공급관(11)은 리셉타클(10)을 통해 주입되는 수소가 공급되도록 구성되며, 유입관(31)은 공급관(11) 끝단에 분기되어 수소탱크(30) 각각과 연결되도록 구성됨을 알 수 있다. 이러한 공급관(11) 전단 일측에는 제1체크밸브(12)가 구비되고, 공급관(11) 중단 일측에는 제1밸브(13)가 설치된다. 또한, 유입관(31) 일측 각각에는 유입밸브(32)가 구비된다. Also, as shown in FIG. 9 , the
그리고 도 9에 도시된 바와 같이, 분기관(80)은 공급관(11) 중단에 분기되어 유입관(31)과 연결되고, 이러한 분기관(80) 일측에 교정대상 유량계(코리올리스 유량계)(40)가 구비되어 수소탱크(30)로 주입되는 수소의 유량을 측정하게 된다. And, as shown in FIG. 9 , the
또한, 분기관(80) 전단 일측에 제2밸브(81)가 구비되고, 분기관(80) 후단 일측에 제3밸브(82)가 설치된다. In addition, the
또한, 앞서 언급한 벤트시스템(50)은, 도 9에 도시된 바와 같이, 공급관(11)과 분기관(80)에서 하우징(1) 외측으로 연결되는 배기관(51)과, 이러한 배기관(51) 일측에 구비되는 압력조절밸브(52)를 포함하여 구성됨을 알 수 있다. In addition, as shown in FIG. 9 , the
그리고 본 발명의 실시예에 따른 퍼징시스템(60)은, 질소 등과 같은 불활성기체가 저장되는 저장탱크(64)와, 유입관(31)과 저장탱크(64) 사이에 연결되어 저장탱크(64) 내의 불활성기체를 수소탱크(30)로 주입시키는 퍼지관(61)과, 이러한 퍼지관(61) 일측에 구비되는 제2체크밸브(62)와 퍼지밸브(63)를 포함하여 구성될 수 있다. And the purging
그리고 본 발명의 실시예에 따른 수소 유량 현장 교정시스템(100)은 전체 시스템 하부에 이동지지부(70)를 올려, 이동시 수소탱크(30)를 보호하고, 정밀저울(20)에 무게가 가해지지 않도록 보호하도록 구성될 수 있다. And the hydrogen flow rate on-
이러한 이동지지부(70)는 도 9에 도시된 바와 같이, 정밀저울(20) 하단에 구비되는 지지대(71)와, 이러한 지지대(71)와 하우징(1) 사이에 구비되는 복수의 댐퍼(72)를 포함하여, 시스템 이동모드에서, 정밀저울(20)과 하우징 내부 유닛(수소탱크(30) 등)을 보호하도록 구성될 수 있다. As shown in FIG. 9 , the
그리고 도 10에 도시된 바와 같이, 제어부(90)는 정밀저울(20)과, 교정대상 유량계(코리올리스 유량계)(40)와, 제1온도센서(33), 제1압력센서(34)와, 제2온도센서(41)와, 제2압력센서(42)에서 측정된 데이터를 획득하도록 구성된다. 이러한 측정, 획득된 데이터는 디스플레이부(91)를 통해 디스플레이될 수 있도록 구성된다. And as shown in FIG. 10 , the
또한, 제어부(90)는 유입밸브(32), 압력조절밸브(52), 제1밸브(13), 제2밸브(81), 제3밸브(82), 퍼지밸브(63)의 구동을 조절하여 모드변경을 제어하게 된다. 그리고 평가수단(92)은 정밀저울(20)을 통해 측정된 수소의 적산질량과 교정대상 유량계(40)를 통해 측정된 수소의 적산질량을 비교하여 교정대상 유량계(40)의 특성을 평가하게 된다. In addition, the
이하에서는 앞서 언급한 본 발명의 실시예에 따른 수소유량 현장교정시스템(100)의 작동방법에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, an operation method of the hydrogen flow rate
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 수소충전기 내 유량계 평가용 수소충전모드에서의, 수소유량 현장교정시스템의 단면도를 도시한 것이다. 그리고 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 시스템에 개별 설치된 유량계 평가용 수소충전모드에서의, 수소유량 현장교정시스템의 단면도를 도시한 것이다. 11 is a cross-sectional view of a hydrogen flow rate field calibration system in a hydrogen charging mode for flow meter evaluation in a hydrogen charger according to an embodiment of the present invention. And Figure 12 shows a cross-sectional view of the hydrogen flow rate field calibration system in the hydrogen charging mode for flow meter evaluation separately installed in the system according to an embodiment of the present invention.
또한 도 13은 배기모드에서의 본 발명의 실시예에 따른 수소유량 현장교정시스템의 단면도를 도시한 것이고, 도 14는 퍼징 모드에서의 본 발명의 실시예에 따른 수소유량 현장교정시스템의 단면도를 도시한 것이며, 도 15는 이동 모드에서의 본 발명의 실시예에 따른 수소유량 현장교정시스템의 단면도를 도시한 것이다. 또한, 도 16은 현장으로 이동시 트럭 등에 이용하는 예시 사진을 나타낸 것이다. In addition, Figure 13 shows a cross-sectional view of the hydrogen flow rate field calibration system according to an embodiment of the present invention in exhaust mode, Figure 14 shows a cross-sectional view of the hydrogen flow rate field calibration system according to an embodiment of the present invention in the purging mode 15 is a cross-sectional view of a hydrogen flow field calibration system according to an embodiment of the present invention in a moving mode. In addition, FIG. 16 shows an example photo used for a truck or the like when moving to the field.
도 11에 도시된 바와 같이, 수소 충전기 내의 유량계 평가용 수소충전모드시에는, 제2밸브(81)와 제3밸브(82)와, 압력조절밸브(52)와, 퍼지밸브(63)를 닫고, 제1밸브(13)와 유입밸브(32)를 개방하게 됨을 알 수 있다. 11, in the hydrogen charging mode for flow meter evaluation in the hydrogen charger, the
따라서 수소스테이션 디스펜서 노즐부(2)를 리셉타클(10)에 연결하여, 수소가 공급되며 공급된 수소는 공급관(11)과, 유입관(31)을 통해 수소탱크(30) 각각에 주입된다. 이러한 과정에서 정밀저울(20)을 통해 측정된 수소의 적산질량과 수소 충전기 내의 유량계를 통해 측정된 수소의 적산질량을 비교하여 수소 충전기 내의 유량계의 특성을 평가하게 된다. Therefore, by connecting the hydrogen station
그리고 교정시스템(100)내에 설치된 교정대상 유량계(코리올리스 유량계) 평가용 수소충전모드시에는 도 12에 도시된 바와 같이, 제1밸브(13)와, 압력조절밸브(52)와, 퍼지밸브(63)를 닫고, 제2밸브(81)와 제3밸브(82)와 유입밸브(32)를 개방함을 알 수 있다. And in the hydrogen charging mode for evaluation of the calibration target flow meter (Coriolis flow meter) installed in the
따라서 수소스테이션 디스펜서 노즐부(2)를 리셉타클(10)에 연결하여, 수소가 공급되며 공급된 수소는 분기관(80)과, 교정대상 유량계(코리올리스 유량계)(40)를 거쳐, 유입관(31)을 통해 수소탱크(30) 각각에 주입된다. 이러한 과정에서 정밀저울(20)을 통해 측정된 수소의 적산질량과 교정대상 유량계(코리올리스 유량계)(40)를 통해 측정된 수소의 적산질량을 비교하여 교정대상 유량계(코리올리스 유량계)(40)의 특성을 평가하게 된다. Therefore, by connecting the hydrogen station
즉, 도 11과 도 12에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 수소유량 현장교정시스템(100)을 이용하여 수소충전기 내의 수소유량계의 계량정확도를 평가할 수 있을 뿐 아니라, 수소유량계를 직접 교정 시스템 내에 설치하여 교정대상 유량계(40)를 통과하는 수소충전량을 수소탱크(30)에 저장되어 측정한 수소질량과 비교하여 교정할 수 있음을 알 수 있다. That is, as shown in FIGS. 11 and 12, not only can the measurement accuracy of the hydrogen flow meter in the hydrogen charger be evaluated using the hydrogen flow rate
그리고 배기모드시에는 도 13에 도시된 바와 같이, 교정평가 후에, 제1밸브(13)와, 제2밸브(81), 제3밸브(82), 퍼지밸브(63)를 닫고, 노즐부(2)를 탈착한 후, 유입밸브(32)를 개방하고 압력조절밸브(52)를 조절하여 수소탱크(30) 내의 수소를 벤트시키게 됨을 알 수 있다. And in the exhaust mode, as shown in FIG. 13, after the calibration evaluation, the
그리고 도 14에 도시된 바와 같이, 퍼징모드시에는 압력조절밸브(52)를 닫고, 퍼지밸브(63)를 개방하여 저장탱크(64) 내의 질소를 수소탱크(30) 내에 주입시키게 된다. 즉, 현장교정시스템(100)의 현장으로의 안전한 이동을 위해 수소탱크(30) 내에 수소가 아닌 질소를 채우기 위한 퍼징(Purging) 모드를 실행할 수 있다. And, as shown in FIG. 14 , in the purging mode, the
또한, 도 15에 도시된 바와 같이, 이동모드시에, 정밀저울(20)을 보호하기 위해 이동지지부(70)를 변경한 후 충전소 현장으로 이동할 수 있다. 도 16에 도시된 바와 같이, 충전소 현장으로 이동시에는 지게차 등을 이용하여 트럭으로 이동시킬 수 있고, 또한 트럭 등에 직접 탑재하여 트럭을 충전소 현장으로 이동하여 탑재된 상태에서 유량계 성능시험을 할 수 있다.In addition, as shown in FIG. 15 , in the moving mode, after changing the moving
이하에서는 앞서 언급한 본 발명의 실시예에 따른 수소유량 현장교정시스템의 실험예에 대해 설명하도록 한다. 먼저 도 17은 본 발명의 실시예에 따라 제작된 수소유량 현장교정시스템의 사시도를 도시한 것이고, 도 18은 본 발명의 실시예에 따라 제작된 수소유량 현장교정시스템의 사진을 도시한 것이며, 도 19는 본 발명의 실험예에 따른 제작된 수소유량 현장교정시스템에서 고압질소기체를 이용한 경우의 사진과, DAQ 시스템 사진을 나타낸 것이다. Hereinafter, an experimental example of the hydrogen flow rate field calibration system according to the embodiment of the present invention will be described. First, FIG. 17 shows a perspective view of a hydrogen flow field calibration system manufactured according to an embodiment of the present invention, and FIG. 18 shows a photograph of a hydrogen flow rate field calibration system manufactured according to an embodiment of the present invention, FIG. 19 shows a photograph of a case of using high-pressure nitrogen gas in the hydrogen flow field calibration system manufactured according to an experimental example of the present invention, and a photograph of the DAQ system.
그리고 도 20은 본 발명의 실험예에 따른 질소 충전(5분45초) 동안의 현장교정시스템 저장탱크의 압력변화 그래프를 도시한 것이다. 또한, 도 21은 본 발명의 실험예에 따른 질소 충전(5분45초) 동안의 코리올리스 유량계의 순간 유량(kg/min)의 변화 그래프를 도시한 것이다. 그리고 도 22는 본 발명의 실험예에 따른 저장탱크 하부 정밀저울 적산질량(kg)과 코리올리스 유량계 적산질량(kg) 비교그래프를 도시한 것이다. And Figure 20 shows a pressure change graph of the storage tank of the field calibration system during nitrogen filling (5 minutes 45 seconds) according to an experimental example of the present invention. Also, FIG. 21 is a graph showing a change in instantaneous flow rate (kg/min) of a Coriolis flow meter during nitrogen charging (5 minutes 45 seconds) according to an experimental example of the present invention. And FIG. 22 shows a comparison graph of the integrated mass (kg) of the lower precision balance of the storage tank and the integrated mass (kg) of the Coriolis flowmeter according to the experimental example of the present invention.
도 17은 개념 설계된 중량식 현장 교정시스템을 최종 설계를 나타낸 것으로. 도 18은 제작된 수소유량 현장교정시스템 시진으로서,17 shows the final design of the conceptually designed gravimetric field calibration system. 18 is a demonstration of the produced hydrogen flow rate field calibration system,
① 수소탱크(Hydrogen Storage Tank) (현대자동차 NEXOType IV의 52 L 탱크 3개) ① Hydrogen Storage Tank (3 52 L tanks of Hyundai NEXOType IV)
② 정밀저울(Weighing Scale: Scale 300 kg, Accuracy 1g의 방폭인증 저울) ② Precision scale (Weighing Scale: Scale 300 kg, Accuracy 1g Explosion-proof certified scale)
③ 리셉타클(Receptacle), ④ 코리올리스 유량계(독일 RHEONIK사), ⑤ 벤트시스템(Vent system) ③ Receptacle, ④ Coriolis flowmeter (RHEONIK, Germany), ⑤ Vent system
⑥ 퍼징시스템(Purging system(질소)), ⑦ 이동지지부(Transport support),⑧ 제어부(DAQ) ⑥ Purging system (nitrogen), ⑦ Transport support, ⑧ Control unit (DAQ)
으로 구성되어 있다.It consists of.
현재 수소스테이션에서는 ‘고압가스 안전관리법 시행령 및 시행규칙’에 의해 수소자동차에만 수소를 주입할 수 있기 때문에, 본 발명의 실험예로 구축된 수소유량 현장교정시스템을 실제 수소스테이션에서의 실험은 법률상과 안전상의 제한으로 이루어질수 없는 상황이다. In the current hydrogen station, hydrogen can only be injected into hydrogen cars according to the 'High-Pressure Gas Safety Management Act Enforcement Decree and Enforcement Rules'. This is a situation where this cannot be done due to safety restrictions.
따라서, 대체 실험방법으로 도 19와 같이 100 bar로 가압되어 저장되어 있는 질소 탱크를 이용하여, 고압의 수소기체의 충전시험을 수행하게 되었다. Therefore, as an alternative experimental method, a high-pressure hydrogen gas filling test was performed using a nitrogen tank pressurized to 100 bar and stored as shown in FIG. 19 .
100 bar의 질소탱크를 수소전기차의 리셉터클과 동일한 형태의 수소유량 현장교정시스템의 주입구에 연결하고, 고압의 질소가 수소유량계를 통과한 뒤, 수소 탱크에 저장되도록 밸브를 구동하였다. 즉 질소 탱크로부터 공급된 질소 기체의 유량은 수소유량 현장교정시스템에 설치된 코리올리스 유량계로 측정되게 되고, 유량계를 통과한 질소 기체는 탱크로 저장되게 되는 것이다. A 100 bar nitrogen tank was connected to the inlet of the hydrogen flow field calibration system of the same type as the receptacle of the hydrogen electric vehicle, and the high-pressure nitrogen passed through the hydrogen flow meter and then the valve was operated to be stored in the hydrogen tank. That is, the flow rate of nitrogen gas supplied from the nitrogen tank is measured with a Coriolis flow meter installed in the hydrogen flow field calibration system, and the nitrogen gas passing through the flow meter is stored in the tank.
저장된 질소 기체는 공급을 중단한 후, 탱크 하부의 정밀 저울을 통해서 저장된 기체의 질량을 측정할 수 있게 되어, 코리올리스 유량계로 측정된 질소 기체의 적산 값과 저울에 저장된 질소 기체의 질량값을 비교하여 유량계의 측정 특성을 평가할 수 있게 된다.After stopping the supply of the stored nitrogen gas, the mass of the stored gas can be measured through the precision scale at the bottom of the tank, and the accumulated value of the nitrogen gas measured with the Coriolis flowmeter is compared with the mass value of the nitrogen gas stored in the scale. Thus, it is possible to evaluate the measurement characteristics of the flowmeter.
도 20은 100 bar의 질소 기체를 본 발명의 수소유량 현장교정시스템에 주입하는 실험에서 획득한 현장교정시스템의 저장탱크 입구의 압력을 측정한 결과로서 충전이 이루어지는 동안(5분 45초) 압력이 점차 65 bar까지 점차 증가하는 것을 볼 수 있다. 질소 탱크의 부피가 제한적이기 때문에, 현장교정시스템의 저장탱크로 질소가 주입되면서, 공급하는 질소 탱크의 압력이 감소하여, 최대 65 bar까지만 충전이 가능하였다.20 is a result of measuring the pressure at the inlet of the storage tank of the on-site calibration system obtained in the experiment of injecting 100 bar nitrogen gas into the hydrogen flow on-site calibration system of the present invention during charging (5 minutes and 45 seconds). It can be seen that it gradually increases to 65 bar. Since the volume of the nitrogen tank is limited, as nitrogen was injected into the storage tank of the field calibration system, the pressure of the supplied nitrogen tank decreased, so that it was possible to fill up to a maximum of 65 bar.
도 21은 질소 기체가 충전되는 동안, 코리올리스 유량계의 순간 유량(kg/min)을 나타낸 결과로서, 질소 탱크와 현장교정시스템의 저장탱크의 압력차가 큰 초기에는 0.5 kg/min의 큰 유량으로 주입이 되다가, 질소 충전이 진행되면서, 현장교정시스템의 저장탱크 내의 압력이 높아지면서, 질소 탱크와의 압력차가 줄어들게 되어, 점차 0.1 kg/min까지 감소하게 된다. 최종적으로 질소 기체 탱크의 압력과 현장교정시스템의 저장탱크의 압력이 거의 동일해지게 되면, 더 이상 주입이 되지 않고 순간 유량도 0이 된다.21 is a result showing the instantaneous flow rate (kg/min) of the Coriolis flow meter while nitrogen gas is being filled, and initially the nitrogen tank and the pressure difference between the storage tank of the field calibration system are large, and the injection is performed at a large flow rate of 0.5 kg/min. As the nitrogen filling progresses, as the pressure in the storage tank of the field calibration system increases, the pressure difference with the nitrogen tank is reduced, and is gradually reduced to 0.1 kg/min. Finally, when the pressure of the nitrogen gas tank and the pressure of the storage tank of the field calibration system become almost the same, no more injection and the instantaneous flow rate becomes 0.
도 22는 질소가 충전되는 동안에 시간에 따른 코리올리스 유량계의 적산 유량(kg)과 현장교정시스템의 저장탱크 하부의 정밀 저울로 측정한 적산 유량(kg)을 비교한 결과이다. 질소가 충전되면서 거의 동일한 경향으로 질소 기체의 중량을 측정하게 되고, 최종 측정이 완료된 후에 정밀 저울의 적산 유량과 코리올리스 유량계의 적산 유량을 비교하면, 약 3.5% 차이를 나타내었다. 22 is a comparison result of the integrated flow rate (kg) of the Coriolis flow meter according to time while nitrogen is being charged and the integrated flow rate (kg) measured with a precision scale at the bottom of the storage tank of the field calibration system. As nitrogen is charged, the weight of nitrogen gas is measured with almost the same tendency, and when the integrated flow rate of the precision balance and the integrated flow rate of the Coriolis flow meter are compared after the final measurement is completed, a difference of about 3.5% is shown.
이 결과는 본 발명의 실시예에 따라 제작한 수소유량 현장교정시스템의 성능을 평가한 기초 실험에 의한 것으로서, 향후 현장교정시스템 전체의 Ballance 조정작업과 질량 표준(기준 분동)을 이용한 저울의 정밀교정 등을 통해 측정불확도를 평가한 후에 개별 코리올리스 유량계의 수소유량 측정 특성평가를 진행하고자 한다.This result is based on a basic experiment to evaluate the performance of the hydrogen flow field calibration system manufactured according to the embodiment of the present invention, and in the future, the balance adjustment work of the entire field calibration system and the precision calibration of the scale using the mass standard (reference weight) After evaluating the measurement uncertainty through other methods, we intend to proceed with the evaluation of the hydrogen flow measurement characteristics of individual Coriolis flow meters.
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.In addition, the above-described apparatus and method are not limitedly applicable to the configuration and method of the above-described embodiments, but all or part of each of the embodiments may be selectively combined so that various modifications may be made to the above-described embodiments. It can also be configured.
1:하우징
2:수소스테이션 디스펜서 노즐부
10:리셉타클
20:정밀저울
30:저장탱크
31:유입관
32:유입밸브
33:제1온도센서
34:제1압력센서
40:코리올리스 유량계
41:제2온도센서
42:제2압력센서
50:벤트시스템
51:배기관
52:압력조절밸브
53:볼밸브
60:퍼징시스템
61:퍼지관
62:제2체크밸브
63:퍼지밸브
64:저장탱크
70:이동지지부
71:지지대
72:댐퍼
80:분기관
81:제2밸브
82:제3밸브
83:합류관
90:제어부
91:디스플레이부
92:평가수단
100:수소 유량 현장 교정시스템1: housing
2: Hydrogen Station Dispenser Nozzle
10: Receptacle
20: precision scale
30: storage tank
31: inlet pipe
32: inlet valve
33: first temperature sensor
34: first pressure sensor
40: Coriolis flow meter
41: second temperature sensor
42: second pressure sensor
50: vent system
51: exhaust pipe
52: pressure control valve
53: ball valve
60: purging system
61: purge tube
62: second check valve
63: purge valve
64: storage tank
70: movable support
71: support
72: damper
80: branch pipe
81: second valve
82: third valve
83: Union Hall
90: control unit
91: display unit
92: evaluation means
100: Hydrogen flow field calibration system
Claims (9)
내부 공간을 갖는 하우징;
상기 하우징 일측에 구비되어 충전시 수소스테이션 디스펜서 노즐부가 연결되는 리셉타클;
주입되는 수소가 저장되며 주입되는 수소의 온도를 실시간으로 측정하는 제1온도센서와, 압력을 실시간으로 측정하는 제1압력센서를 갖는 적어도 하나의 수소탱크;
상기 리셉타클을 통해 주입되는 수소가 공급되는 공급관;
상기 공급관 끝단에 분기되어 상기 수소탱크 각각과 연결되는 유입관;
상기 공급관 중단에 분기되어 상기 유입관과 연결되는 분기관과, 상기 분기관 일측에 구비되어 상기 수소탱크로 주입되는 수소의 유량을 측정하는 교정대상 유량계;
상기 교정대상 유량계 전단에 구비되어 상기 수소의 온도를 실시간으로 측정하는 제2온도센서와, 압력을 실시간으로 측정하는 제2압력센서;
상기 수소탱크 하단 또는 상기 하우징 하단에 구비되어, 상기 수소탱크 내로 수집되는 수소의 질량을 측정하는 정밀저울;
교정 평가 완료 후, 상기 수소탱크 내의 수소를 배기시키는 벤트시스템; 및
상기 교정 평가 완료 후, 상기 시스템의 이동모드시, 상기 수소탱크 내에 불활성 기체를 퍼징시키기 위한 퍼징시스템;을 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 유량 현장 교정시스템.
A system for field calibration of a hydrogen flow meter, comprising:
a housing having an interior space;
a receptacle provided on one side of the housing to which the hydrogen station dispenser nozzle unit is connected when charging;
At least one hydrogen tank having a first temperature sensor for storing the injected hydrogen and measuring the temperature of the injected hydrogen in real time, and a first pressure sensor for measuring the pressure in real time;
a supply pipe through which hydrogen injected through the receptacle is supplied;
an inlet pipe branched from the end of the supply pipe and connected to each of the hydrogen tanks;
a branch pipe branched at the stop of the supply pipe and connected to the inlet pipe, and a calibration target flow meter provided at one side of the branch pipe to measure the flow rate of hydrogen injected into the hydrogen tank;
a second temperature sensor provided at the front end of the calibration target flow meter to measure the temperature of the hydrogen in real time, and a second pressure sensor to measure the pressure in real time;
a precision scale provided at the lower end of the hydrogen tank or at the lower end of the housing to measure the mass of hydrogen collected into the hydrogen tank;
After completion of the calibration evaluation, a vent system for evacuating the hydrogen in the hydrogen tank; and
After completion of the calibration evaluation, a purging system for purging the inert gas in the hydrogen tank in the movement mode of the system; hydrogen flow rate field calibration system comprising a.
상기 정밀저울을 통해 측정된 수소의 적산질량과 상기 교정대상 유량계를 통해 측정된 수소의 적산질량을 비교하여 상기 교정대상 유량계의 특성을 평가하는 평가수단;을 더 포함하고,
상기 공급관 전단 일측에 구비되는 제1체크밸브와, 상기 공급관 중단 일측에 구비되는 제1밸브와, 상기 분기관 전단 일측에 구비되는 제2밸브와, 상기 분기관 후단 일측에 구비되는 제3밸브와, 상기 유입관 일측 각각에 구비되는 유입밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 유량 현장 교정시스템.
The method of claim 1,
Further comprising; evaluation means for evaluating the characteristics of the flow meter to be calibrated by comparing the integrated mass of hydrogen measured through the precision balance and the integrated mass of hydrogen measured through the flow meter to be calibrated;
A first check valve provided on one side of the front end of the supply pipe, a first valve provided on one side of the stop of the supply pipe, a second valve provided on one side of the front end of the branch pipe, and a third valve provided on one side of the rear end of the branch pipe; , Hydrogen flow rate field calibration system comprising an inlet valve provided on each side of the inlet pipe.
상기 벤트시스템은, 상기 공급관과 상기 분기관에서 상기 하우징 외측으로 연결되는 배기관과, 상기 배기관 일측에 구비되는 압력조절밸브를 포함하고,
상기 퍼징시스템은, 불활성기체가 저장되는 저장탱크와, 상기 유입관과 상기 저장탱크 사이에 연결되어 상기 저장탱크 내의 불활성기체를 상기 수소탱크로 주입시키는 퍼지관과, 상기 퍼지관 일측에 구비되는 퍼지밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 유량 현장 교정시스템.
The method of claim 2,
The vent system includes an exhaust pipe connected to the outside of the housing from the supply pipe and the branch pipe, and a pressure control valve provided on one side of the exhaust pipe,
The purging system includes a storage tank in which an inert gas is stored, a purge pipe connected between the inlet pipe and the storage tank to inject the inert gas in the storage tank into the hydrogen tank, and a purge provided at one side of the purge pipe Hydrogen flow field calibration system comprising a valve.
상기 정밀저울 하단에 구비되는 지지대와, 상기 지지대와 상기 하우징 사이에 구비되는 댐퍼를 포함하는 이동지지부;를 더 포함하여, 시스템 이동모드에서, 상기 정밀저울과 상기 하우징 내부를 보호하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수소 유량 현장 교정시스템.
The method of claim 3,
Further comprising; a support provided at the lower end of the precision scale, and a movable support including a damper provided between the support and the housing, characterized in that it is configured to protect the precision scale and the inside of the housing in a system movement mode Hydrogen flow field calibration system with
상기 정밀저울과, 상기 교정대상 유량계와, 상기 제1온도센서, 상기 제1압력센서와, 상기 제2온도센서와, 상기 제2압력센서에서 측정된 데이터를 획득하고, 상기 유입밸브, 상기 압력조절밸브, 상기 제1밸브, 상기 제2밸브, 상기 제3밸브, 상기 퍼지밸브의 구동을 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 유량 현장 교정시스템.
The method of claim 4,
Acquire data measured by the precision scale, the calibration target flowmeter, the first temperature sensor, the first pressure sensor, the second temperature sensor, and the second pressure sensor, the inlet valve, the pressure A control valve, the first valve, the second valve, the third valve, and a control unit for controlling the operation of the purge valve; Hydrogen flow rate field calibration system further comprising a.
수소 충전기 내의 유량계 평가용 수소충전모드시,
상기 제2밸브와 상기 제3밸브와, 상기 압력조절밸브와, 상기 퍼지밸브를 닫고, 상기 제1밸브와 상기 유입밸브를 개방하고, 상기 노즐부를 상기 리셉타클에 연결하여, 상기 수소탱크에 수소를 주입하면서 상기 정밀저울을 통해 측정된 수소의 적산질량과 상기 수소 충전기 내의 유량계를 통해 측정된 수소의 적산질량을 비교하여 상기 수소 충전기 내의 유량계의 특성을 평가하는 것을 특징으로 하는 수소 유량 현장 교정시스템.
The method of claim 5,
In hydrogen charging mode for flow meter evaluation in hydrogen charger,
The second valve and the third valve, the pressure control valve, the purge valve are closed, the first valve and the inlet valve are opened, the nozzle part is connected to the receptacle, and hydrogen is supplied to the hydrogen tank. Hydrogen flow rate field calibration system, characterized in that while injecting, the characteristics of the flow meter in the hydrogen charger are evaluated by comparing the accumulated mass of hydrogen measured through the precision balance with the accumulated mass of hydrogen measured through the flow meter in the hydrogen charger .
상기 교정대상 유량계 평가용 수소충전모드시,
상기 제1밸브와, 상기 압력조절밸브와, 상기 퍼지밸브를 닫고, 상기 제2밸브와 상기 제3밸브와 상기 유입밸브를 개방하고, 상기 노즐부를 상기 리셉타클에 연결하여, 상기 수소탱크에 수소를 주입하면서 상기 정밀저울을 통해 측정된 수소의 적산질량과 상기 교정대상 유량계를 통해 측정된 수소의 적산질량을 비교하여 상기 교정대상 유량계의 특성을 평가하는 것을 특징으로 하는 수소 유량 현장 교정시스템.
The method of claim 5,
In the hydrogen charging mode for evaluating the flow meter to be calibrated,
The first valve, the pressure control valve, and the purge valve are closed, the second valve, the third valve, and the inlet valve are opened, the nozzle part is connected to the receptacle, and hydrogen is supplied to the hydrogen tank. Hydrogen flow on-site calibration system, characterized in that by comparing the integrated mass of hydrogen measured through the precision scale and the integrated mass of hydrogen measured through the calibration target flowmeter while injecting the characteristics of the calibration target flowmeter.
배기모드시,
교정평가 후에, 상기 제1밸브와, 상기 제2밸브, 상기 제3밸브, 상기 퍼지밸브를 닫고, 상기 노즐부를 탈착한 후, 상기 유입밸브를 개방하고 상기 압력조절밸브를 조절하여 상기 수소탱크 내의 수소를 벤트시키는 것을 특징으로 하는 수소 유량 현장 교정시스템.
The method of claim 5,
In exhaust mode,
After the calibration evaluation, the first valve, the second valve, the third valve, and the purge valve are closed, the nozzle unit is detached, the inlet valve is opened, and the pressure control valve is adjusted to control the pressure control valve in the hydrogen tank. Hydrogen flow rate field calibration system, characterized in that for venting hydrogen.
퍼징, 이동모드시,
상기 압력조절밸브를 닫고, 상기 퍼지밸브를 개방하여 상기 저장탱크 내의 불활성기체를 상기 수소탱크 내에 주입시킨 후, 상기 이동지지부를 설치하여 상기 시스템을 이동시키는 것을 특징으로 하는 수소 유량 현장 교정시스템.The method of claim 8,
When purging, moving mode,
Close the pressure control valve, open the purge valve to inject the inert gas in the storage tank into the hydrogen tank, and then install the moving support unit to move the system.
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