KR102346161B1 - 가스탱크 기밀 시험장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가스탱크 기밀 시험장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 압력제어모듈로 직접 압력을 제어할 수 있으며, 통합제어모듈을 이용하여 원격에서 시험장치를 제어할 수 있는 가스탱크 기밀 시험장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 내부에 시험용 탱크가 위치할 수 있는 시험챔버모듈; 시험챔버모듈 내부에서 시험용 탱크에서 수소가스의 누설을 탐지할 수 있는 수소가스검출기; 시험용 탱크에 저압압축가스를 주입할 수 있는 저압가스압축모듈; 시험용 탱크에 고압압축가스를 주입할 수 있는 고압가스압축모듈; 시험용탱크의 압력상태 및 가스검출양을 포함한 정보를 디스플레이할 수 있으며, 시험데이터의 저장, 검색 및 출력할 수 있는 통합제어모듈; 압력게이지를 통하여 압력상태를 확인할 수 있으며, 압력밸브를 구비하고 있어 압력밸브를 이용하여 압력을 제어할 수 있는 압력제어모듈을 포함하는, 가스탱크 기밀시험장치를 제공한다.

Description

가스탱크 기밀 시험장치 {Gas tank leak test device}
본 발명은 가스탱크 기밀 시험장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 압력제어모듈로 직접 압력을 제어할 수 있으며, 통합제어모듈을 이용하여 원격에서 시험장치를 제어할 수 있는 가스탱크 기밀 시험장치에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지차량 및 수소연료전지차량은 고압 수소탱크 또는 개질기를 통해 공급되는 수소와 공기 압축기를 통해 공급되는 공기 중의 산소를 연료전지 스택 내에서 전기 화학 반응 시켜 생성된 전기 에너지를 이용하여 차량을 구동시킨다.
수소연료전지 차량 내 핵심 부품 중 하나인 수소 탱크는 수소 누설이 운전자 및 보행자들의 안전과 직결되기 때문에 안전한 상태를 유지하여야 한다.
이는 수소탱크 내부의 수소는 순도가 매우 높아서 약간의 발화만 있어도 점화되어 폭발하기 때문이다. 외부 누설은 수소가스가 외부로 새는 소리나 차량 내에 설치된 수소농도센서의 감지로 바로 판단 가능 하지만 수소 탱크 내부의 누설은 그 판단이 어려워 차량 사고 발생시에는 언제든지 외부 누설로 이어져 대형 사고가 발생할 가능성을 갖는다.
외부누설이란 수소연료전지 차량 밖으로 차량 연료인 수소가스가 노출되어 대기로 방출되는 누설을 말하며, 발생원인으로는 연료공급라인 등의 배관 분리 및 파손 등이 있다. 내부누설은 차량 밖으로 수소가스가 노출되지는 않지만 수소 탱크 내부에서 누설되고 있는 것을 말한다.
따라서, 이러한 내부누설을 방지하기 위하여, 수소탱크의 기밀상태를 확인해 줄 수 있는 새로운 시험장치가 필요한 실정이다.
선행기술문헌 : KR등록특허공보 제10-1958119호(2019.03.13. 공고)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 통합제어모듈에서 시험조건을 포함한 각종 설정에 대한 제어를 할 수 있고, 저압가스압축모듈 및 고압가스압축모듈을 구비하고 있어 상황에 따라 저압가스압축모듈 및 고압가스압축모듈을 선택적으로 사용할 수 있는 가스탱크 기밀시험장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명에 따른 가스탱크 기밀 시험장치는 내부에 시험용 탱크가 위치할 수 있는 시험챔버모듈; 시험챔버모듈 내부에서 시험용 탱크에서 수소가스의 누설을 탐지할 수 있는 수소가스검출기; 시험용 탱크에 저압압축가스를 주입할 수 있는 저압가스압축모듈; 시험용 탱크에 고압압축가스를 주입할 수 있는 고압가스압축모듈; 시험용탱크의 압력상태 및 가스검출양을 포함한 정보를 디스플레이할 수 있으며, 시험데이터의 저장, 검색 및 출력할 수 있는 통합제어모듈; 압력게이지를 통하여 압력상태를 확인할 수 있으며, 압력밸브를 구비하고 있어 압력밸브를 이용하여 압력을 제어할 수 있는 압력제어모듈을 포함한다.
또한, 저압가스압축모듈은 제1실린더, 제2실린더 및 제3실린더를 포함하여 구성되는 압축기, 압축기에 동력을 공급하는 교류전동기, 압축된 고온의 가스를 냉각시키는 가스냉각기, 압축가스 내에 포함된 응축수와 윤활유를 분리하여 배관 및 밸브시트의 침식 및 부식을 방지하는 드레인분리기, 압축기의 기동시에는 일정시간 개방하여 무부하 기동할 수 있도록 하며, 정지시에는 드레인분리기의 응축수 및 윤활유를 외부로 배출시키는 드레인밸브를 포함하는 것을 더 포함한다.
또한, 통합제어모듈은 가스압축기, 수소시험기 및 수소검출기와 결합된 통신모듈과의 통신상태를 표시하는 통신체크부, 수소검출기에 감지된 수소가스의 양을 표시할 수 있는 수소가스표시부, 수소용기 시험을 선택할 수 있는 수소용기시험선택부, CNG용기 시험을 선택할 수 있는 CNG용기시험선택부, 시험 용기 정보설정 및 시스템 운용설정을 할 수 있는 운용설정부, 전기작동 제품에 대한 작동확인을 할 수 있는 작동확인부, 시험 데이터를 검색할 수 있고 출력창을 표시할 수 있는 데이터검색 및 출력부, 시간에 따른 압력 및 검출되는 수소의 양을 그래프로 표시할 수 있는 그래프부, 및 각 단계별 기능을 조장할 수 있는 기능조작부를 포함하는 것을 포함한다.
본 발명에 의하면 수소가스탱크 및 CNG가스탱크에 대한 기밀 시험을 설정조건에 따라 효율적으로 수행할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스탱크 기밀시험장치의 유압회로도를 도시한 도면,
도 2는 통합제어모듈 화면을 도시한 도면,
도 3은 운용설정부 화면을 도시한 도면,
도 4는 그래프부의 화면을 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스탱크 기밀시험장치의 구성요소간 결합관계를 도시한 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스탱크 기밀시험장치의 유압회로도를 도시한 도면, 도 2는 통합제어모듈 화면을 도시한 도면, 도 3은 운용설정부 화면을 도시한 도면, 도 4는 그래프부의 화면을 도시한 도면, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스탱크 기밀시험장치의 구성요소간 결합관계를 도시한 도면이다.
본 발명의 바람직한 가스탱크 기밀시험장치는, 도 5을 참조하면, 시험챔버모듈(100), 수소가스검출기, 저압가스압축모듈(200), 고압가스압축모듈(300), 통합제어모듈(400), 압력제어모듈(500)을 포함하여 이루어진다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스탱크 기밀시험장치의 구성 요소에 대해 상세하게 설명한다.
시험챔버모듈(100)은 내부에 시험용 탱크가 위치할 수 있고, 폭발을 포함한 사고가 발생하는 것을 방지하기 위하여 시험챔버모듈은 방화벽을 포함한 내구성이 우수한 소재로 이루어져있다.
수소가스검출기는 시험챔버모듈(100) 내부에서 시험용 탱크에서 수소가스의 누설을 참지할 수 있다.
저압가스압축모듈은 시험용 탱크에 저압압축가스를 주입할 수 있다.
이하, 저압가스압축모듈에 대하여 상세하게 설명한다.
저압가스압축모듈은 압축기, 교류전동기, 가스냉각기, 드레인분리기, 드레인밸브을 포함하여 이루어질 수 있다.
압축기의 우측상부에는 제1실린더가 위치하고, 좌측상부에는 제2실린더가 위치하며 중앙 상부에는 제3실린더가 위치할 수 있다.
압축기는 크랭크케이스, 크랭크축, 커넥팅로드 및 실린더를 포함하여 구성된다.
크랭크케이스는 압축기의 기본을 이루는 용접형 주강물로써 크랭크축을 둘러싸고 있으며 주변기기가 설치될 수 있는 구조이다.
크랭크케이스에 형성되어 있는 실린더 뱅크각은 60°이며, 상부에는 실린더 설치를 위한 3개의 통공이 형성되어 있고, 크랭크케이스 하부에는 윤활유가 채워져 있으며, 모터측 크랭크케이스는 하우징과 결합될 수 있다.
크랭크축은 구동축의 회전운동을 피스톤의 직선운동으로 전환시켜주며, 질량균형을 위해 크랭크축 암의 양쪽에 일체형으로 평형추가 형성되어 있다.
크랭크축 양축단에는 냉각 팬과 커플링이 설치되며, 크랭크축은 일체형으로 크랭크케이스 내부에 설치되며 두개의 메인베어링으로 지지될 수 있다.
제1실린더 헤드는 스터드 볼트, 스프링와셔, 너트에 의해 실린더에 조립되어지며 제2실린더 헤드, 및 제3실린더 헤드는 육각 볼트, 스프링와셔에 의해 실린더에 조립되어 진다.
교류전동기는 압축기 뒤쪽에 위치하며, 압축기에 동력을 공급하는 역할을 한다.
가스냉각기는 압축기의 앞쪽에 위치하고 제1냉각기, 제2냉각기, 및 제3냉각기로 구성되어 있으며 압축된 고온의 가스를 냉각시키는 역할을 한다.
드레인분리기는 제1드레인분리기, 제2드레인분리기 및 제3드레인분리기로 구성되어 있으며 제1드레인분리기는 압축기의 앞쪽에 위치하며, 제2드레인분리기 및 제3드레인분리기는 압축기의 좌,우측에 위치한다.
제3드레인분리기 상부에는 역류방지밸브가 설치되어 있어 최종토출된 압축가스가 압축기 내부로 역류하는 것을 방지할 수 있다.
드레인분리기는 압축가스 내에 포함된 응축수와 윤활유를 분리하여 배관 및 밸브시트의 침식 및 부식을 방지하며 냉각기의 역할도 겸할 수 있다.
각 드레인 분리기에는 안전밸브가 설치되어 있으며, 계통내에 가스압력이 설정압력 이상으로 상승할 경우, 계통내의 압력을 대기로 방출시켜 압축기를 보호할 수 있다.
또한, 각 실린더 및 드레인 분리기에는 압력게이지가 설치되어 있어 압력을 표시할 수 있다.
드레인밸브는 압축기 좌측 베드에 설치되어 있으며, 압축기의 기동시에는 소정시간 개방하여 무부하 기동할 수 있도록 하며 정지시에는 각각의 드레인분리기의 응축수 및 윤활유를 외부로 배출시키는 역할을 하고, 통합제어모듈에 의하여 자동으로 동작할 수 있다.
고압가스압축모듈은 시험용 탱크에 고압의 압축가스를 주입할 수 있다.
저압가스압축모듈은 압력은 낮지만 가스 주입속도가 빨라 탱크내부에 빠르게 가스를 주입하는데 적합하고, 고압가스압축모듈은 가스 주입속도는 느리지만 고압의 가스를 주입하는데 적합하다.
따라서 시험탱크에 가스를 주입하는 경우, 먼저 저압가스압축모듈을 이용하여 빠르게 가스를 주입한 뒤, 가스가 주입되어 일정 이상의 압력이 되는 경우 고압가스압축모듈을 이용하여 고압의 가스를 주입하는 것이 바람직하다.
통합제어모듈(400)은 시험용탱크의 압력상태 및 가스검출양을 포함한 정보를 디스플레이할 수 있으며, 시험데이터의 저장, 검색 및 출력할 수 있다.
이하, 통합제어모듈의 구성에 대해서 상세하게 설명한다.
통합제어모듈은 도 1을 참조하면, 디스플레이부, 무선통신부, 통신체크부(410), 수소가스표시부(420), 수소용기시험선택부(430), CNG용기시험선택부(440), 운용설정부(450), 작동확인부(460), 데이터검색 및 출력부(470), 그래프부(480), 및 기능조작부(490)를 포함하여 이루어진다.
디스플레이부는 시험탱크내부압력상태, 수소검출기에 감지된 수소가스량을 포함한 각종 정보 및 작동상태를 시각화하여 사용자가 확인할 수 있게 디스플레이 할 수 있다.
무선통신부는 가스압축기, 시험탱크 및 수소검출기에 구비되어 있는 통신장치와 무선통신을 통하여 정보를 전송받을 수 있다.
통신체크부(410)는 가스압축기, 수소시험기 및 수소검축기와 결합된 통시장치와 통합제어모듈의 무선통신부와의 통신상태를 체크할 수 있다.
수소가스표시부(420)는 수소검출기에서 감지된 수소가스량을 체크할 수 있다.
수소용기시험선택부(430)는 수소용기에 대한 기밀시험을 하는 경우 선택하여 수소용기에 대한 기밀시험을 시행할 수 있다.
CNG용기시험선택부(440)는 CNG용기에 대한 기밀시험을 하는 경우 선택하여 CNG용기에 대한 기밀시험을 시행할 수 있다.
운용설정부(450)은 시험 용기 정보설정 및 시스템 운용설정을 할 수 있으며, 테스트입력부(451), 압력설정부(452), 시험조건설정부(453), 냉각설정부(454), 알람설정부(455)를 포함하여 이루어진다.
이하 도 3을 참조하여, 운용설정부(450)의 구성 및 기능에 대하여 상세하게 설명한다.
테스트입력부(451)는 테스트에 대한 시험물 및 테이터에 대한 정보를 입력할 수 있고, 압력설정부(452)는 압력 및 온도센서에 대한 값을 설정할 수 있으며, 시험조건설정부(453)는 기밀시험에 대한 조건을 설정할 수 있다.
또한, 냉각설정부(454)는 냉각기에 대한 작동 조건을 설정하여 설정된 조건에서 냉각기가 작동하도록 하며, 알람설정부(455)는 온도, 수소감지를 포함한 일정한 상황에서 알람이 작동하게 하는 조건을 설정할 수 있다.
작동확인부(460)는 전기작동 제품에 대한 작동확인을 할 수 있으며, 데이터검색 및 출력부(470)는 데이터베이스부에 저장되어 있는 시험데이터를 검색할 수 있고, 검색된 데이터를 출력할 수 있다.
그래프부(480)는 시간에 다른 압력 및 검출되는 수소의 양을 그래프로 표시할 수 있으며, 도 4를 참조하면, 기준압력부(481), 현재압력표시부(482), 시리얼넘버표시부(483), 시간표시부(484), 데이터저장부(485), 그래프설정부(486)를 포함하여 구성된다.
기준압력부(481)는 기준선이 표시되는 최소 압력을 표시하며, 현재압력부(482)는 현재 시험탱크내부의 압력을 표시한다.
시리얼넘버표시부(483)는 해당 시험을 실시하는 탱크의 시리얼 넘버를 표시하며, 시간표시부(484)는 용기 시험을 실시할때 누설이 생기지 않는 시간을 표시하며, 설정된 소정의 시간 이내에 설정 범위 이상의 누설이 생기지 않는 경우 시험통과가 되며, 설정된 소정의 시간 이내에 설정 범위 이상의 누설이 생기는 경우 오류알람을 한다.
데이터저장부(485)는 그래프를 데이터베이스부에 저장할 수 있으며, 소정의 기간동안의 그래프만 저장할때에 저장 시작 및 중지버튼을 통하여 저장하고자하는 그래프의 범위를 설정할 수 있으며, 그래프설정부(486)는 그래프의 선 굵기 및 색상을 포함한 그래프에 대한 설정을 할 수 있다.
기능조작부(490)는 각 단계별 기능 조작을 위한 버튼을 간단하게 조작할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스탱크 기밀시험장치의 동작방법에 대해서 상세하게 설명한다.
시험을 실시할 가스탱크를 시험챔버모듈 내부에 투입하여 가스투입장치를 결합시킨다.
통합제어모듈의 통신체크부(410)에서 통싱상태를 체크하고, 수소용기시험선택부(430) 및 CNG용기시험선택부(440)에서 시험을 진행할 용기의 종류를 선택한다.
통합제어모듈의 운용설정부(450)를 선택하여 테스트입력부(451)에서 케스트에 대한 시험물 및 데이터에 대한 정보를 입력하고, 압력설정부(452)에서 압력 및 온도센서에 대한 값을 설정하며, 시험조건설정부(453)에서 기밀시험에 대한 조건을 설정한다.
운용설정부(450)의 냉각설정부(454)에서 냉각기에 대한 작동 조건을 설정하여 설정된 조건에서 냉각기가 작동될 수 있도록 한 뒤 알람설정부(455)에서 온도, 수소감지를 포함한 일정한 상황에서 알람이 작동하게 하는 조건을 설정한다.
운용설정부에서 시험을 실시할 시험조건, 압력설정, 알람설정을 포함한 시험을 실시할 조건들을 설정한 뒤 압력시험을 실시한다.
압력시험을 시작하면,탱크 내부의 가스의 압력이 250bar가 될때까지는 저압가스압축모듈을 이용하여 빠른시간에 가스를 투입하고 탱크 내부의 가스의 압력이 250bar가 초과할 때부터는 고압가스압축모듈을 이용하여 고압의 가스를 투입한다.
탱크내부의 압력이 기준압력 이상이 되는 경우, 통합제어모듈의 그래프부에서 시간에 따른 압력 그래프가 표시되며, 시간에 따른 압력값이 그래프의 형태로 시각화되어 표시된다.
그래프부의 시간표시부에는 두가지 시간이 표시되는데, 앞의 시간은 현재 남은 시간으로 시간이 흐름에 따라 점차 줄어들며, 뒤의 시간은 설정시간으로 설정시간까지 내부가스가 누설되는지 여부를 시험할 수 있다.
가스용기에서 가스가 누설되어 수소가스검출기를 통하여 가스가 검출되는 경우, 운용설정부(450)에서 설정된 알람이 울려 가스누설을 확인할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 - 시험챔버모듈 200 - 저압가스압축모듈
300 - 고압가스압축모듈 400 - 통합제어모듈

Claims (3)

  1. 내부에 시험용 탱크가 위치할 수 있는 시험챔버모듈;
    시험챔버모듈 내부에서 시험용 탱크에서 수소가스의 누설을 탐지할 수 있는 수소가스검출기;
    시험용 탱크에 저압압축가스를 주입할 수 있는 저압가스압축모듈;
    시험용 탱크에 고압압축가스를 주입할 수 있는 고압가스압축모듈;
    시험용탱크의 압력상태 및 가스검출양을 포함한 정보를 디스플레이할 수 있으며, 시험데이터의 저장, 검색 및 출력할 수 있는 통합제어모듈;
    압력게이지를 통하여 압력상태를 확인할 수 있으며, 압력밸브를 구비하고 있어 압력밸브를 이용하여 시험용 탱크 내부 압력을 제어할 수 있는 압력제어모듈;
    을 포함하고,
    저압가스압축모듈은
    제1실린더, 제2실린더 및 제3실린더를 포함하여 구성되는 압축기,
    압축기에 동력을 공급하는 교류전동기,
    압축된 고온의 가스를 냉각시키는 가스냉각기,
    압축가스 내에 포함된 응축수와 윤활유를 분리하여 배관 및 밸브시트의 침식 및 부식을 방지하는 드레인분리기,
    압축기의 기동시에는 일정시간 개방하여 무부하 기동할 수 있도록 하며, 정지시에는 드레인분리기의 응축수 및 윤활유를 외부로 배출시키는 드레인밸브
    를 포함하는 것
    을 포함하며,
    통합제어모듈은
    저압가스압축모듈, 고압가스압축모듈 및 수소검출기와 결합된 통신모듈과의 통신상태를 표시하는 통신체크부,
    수소검출기에 감지된 수소가스의 양을 표시할 수 있는 수소가스표시부,
    수소용기 시험을 선택할 수 있는 수소용기시험선택부,
    CNG용기 시험을 선택할 수 있는 CNG용기시험선택부,
    테스트입력부, 압력설정부, 시험조건설정부, 알람설정부를 포함하는 운용설정부,
    저압가스압축모듈, 고압가스압축모듈 및 압력에어모듈의 작동을 확인을 할 수 있는 작동확인부,
    시험 데이터를 검색할 수 있고 출력창을 표시할 수 있는 데이터검색 및 출력부,
    시간에 따른 압력 및 검출되는 수소의 양을 그래프로 표시할 수 있는 그래프부, 및
    각 단계별 기능을 조작할 수 있는 기능조작부
    를 포함하는 것
    을 포함하고,
    그래프부는
    기준선이 표시되는 최소 압력을 표시하는 기준압력부,
    현재 시험용 탱크내부의 압력을 표시하는 현재압력부
    시험용 탱크의 시리얼넘버가 표시되는 시리얼넘버표시부,
    시험을 실시할때 누설이 발생하지 않는 시간이 표시되는 시간표시부
    를 포함하는 것; 및
    운용설정부의 알람설정부는
    온도, 수소감지를 포함한 일정한 상황에서 알람이 작동하게 하는 조건을 설정할 수 있으며, 설정된 소정의 시간 이내에 설정 범위 이상의 누설이 생기지 않는경우, 시험통과알람을 하고, 설정된 소정의 시간 이내에 설정 범위 이상의 누설이 생기는 경우 오류알람을 하게 하는 것
    을 포함하는 가스탱크 기밀시험장치
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