KR102569821B1 - 기체 연료 공급 시스템 - Google Patents

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KR102569821B1
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조셉 프랫
아드리안 날바에즈
대니얼 털립
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제로 에미션 인더스트리즈, 인크.
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Abstract

연료 공급 시스템에 연료 가스를 공급하는 컴퓨터 구현 방법이 개시된다. 방법은 연료 공급 시스템을 충전 전 비활성화하는 것; 연료 공급 시스템을 누설 체크하는 것; 연료 가스로 파일럿 서브시스템을 충전하는 것; 연료 공급 시스템에 연료 가스를 충전하는 것; 및 연료 공급 시스템을 충전 후 비활성화하는 것을 포함한다. 많은 구현예에서, 연료 공급 시스템은 보트와 관련될 수 있다. 연료 가스는 수소일 수 있고, 보트의 추진 시스템에 전력을 공급하기 위해 수소를 전기 에너지로 변환하는 연료 전지에 공급될 수 있다.

Description

기체 연료 공급 시스템
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2021년 3월 19일자로 출원된 "Gaseous Fueling System"이라는 명칭의 미국 가특허 출원 제63/163,215호 및 2020년 7월 13일자로 출원된 "Hydrogen Fuel Cell Boat"라는 명칭의 미국 가특허 출원 제63/051,240호에 대한 우선권의 이익을 주장하고, 이들 출원은 그 전문이 본 명세서에 참조로 포함된다.
연료 전지는 다양한 용례에 대해 낮은 방출 전력 또는 제로 방출 전력을 제공할 수 있다. 연료 전지 시스템은 수소와 같은 기체 연료, 또는 메탄, 프로판, 천연 가스 등과 같은 탄화수소를 전력으로 변환하고 수증기와 같은 부산물 및 탄화수소 연료를 사용하는 경우에는 이산화탄소를 배출할 수 있다. 그러나, 기체 연료는 압축 가능하고 대기 중으로 빠져나갈 수 있기 때문에, 기체 연료를 예컨대 주유소 또는 운반 비히클로부터 연료 전지에 의해 구동되는 비히클로 전달하는 것은 휘발유와 같은 액체 연료를 전달하는 것보다 더 복잡하다. 기체 연료를 이러한 연료에 의해 구동되는 비히클로 전달하는 개선된 방법이 요구된다.
연료 공급 시스템에 연료 가스를 공급하는 컴퓨터 구현 방법이 개시된다. 프로세서는 연료 공급 시스템의 다수의 밸브를 제어하고 가스 유동을 허용하거나 제한하여 다음을 포함하는 작동을 수행하도록 구성된다: 연료 공급 시스템을 충전 전 비활성화(pre-fill inerting)하는 것 - 프로세서는 다수의 밸브를 제어하여 퍼지 가스 공급원을 연료 공급 시스템의 연료 가스 공급 매니폴드에 선택적으로 유동적으로 연결함으로써 퍼지 가스가 연료 가스 공급 매니폴드에 공급되게 하고; 연료 가스 공급 매니폴드가 벤트 매니폴드에 선택적으로 유동적으로 연결되게 함 -; 및 연료 공급 시스템을 누설 체크하는 것. 연료 공급 시스템을 누설 체크할 때, 프로세서는 다수의 밸브를 제어하여 연료 가스 공급원을 연료 가스 공급 매니폴드에 선택적으로 유동적으로 연결함으로써 연료 가스가 연료 가스 공급 매니폴드에 공급되게 한다. 방법은 연료 공급 시스템의 파일럿 서브시스템에 연료 가스를 충전하는 것을 포함한다. 파일럿 서브시스템을 충전할 때, 프로세서는 다수의 밸브를 제어하여 연료 가스 공급 매니폴드가 파일럿 서브시스템에 선택적으로 유동적으로 연결되게 한다. 방법은 연료 공급 시스템을 연료 가스로 충전하는 것을 포함한다. 연료 공급 시스템을 연료 가스로 충전할 때, 프로세서는 다수의 밸브를 제어하여 연료 가스 공급 매니폴드가 하나 이상의 연료 가스 저장 용기에 선택적으로 유동적으로 연결되게 하고 연료 가스를 연료 가스 공급원으로부터 연료 공급 시스템을 통해 하나 이상의 연료 가스 저장 용기로 유동시킨다. 방법은 연료 공급 시스템을 충전 후 비활성화(post-fill inerting)하는 것을 포함한다. 연료 공급 시스템을 충전 후 비활성화할 때, 프로세서는 다수의 밸브를 제어하여 퍼지 가스 공급원이 연료 가스 공급 매니폴드에 선택적으로 유동적으로 연결되게 한다.
도 1은 연료 공급 시스템의 일 실시예를 예시한다.
도 2는 도 1의 시스템을 제어하기에 적절한 제어기의 예를 예시한다.
도 3은 연료 가스를 수용하기 위해 도 1의 시스템을 준비하기에 적절한 방법의 예를 예시한다.
도 4는 도 1의 시스템으로부터 공기 및/또는 연료 가스를 제거하기에 적절한 방법을 예시한다.
도 5는 연료 가스 누설에 대해 도 1의 시스템을 체크하기에 적절한 방법의 예를 예시한다.
도 6은 도 1의 시스템의 파일럿 서브시스템을 충전하기에 적절한 방법의 예를 예시한다.
도 7은 도 1의 시스템을 통해 연료 가스 저장 용기를 연료 가스로 충전하기에 적절한 방법의 예를 예시한다.
도 8은 도 1의 시스템으로부터 연료 가스를 퍼지하기에 적절한 방법의 예를 예시한다.
본 개시내용은 연료 가스를 연료 공급원으로부터 연료 가스에 의해 구동되는 비히클로 전달하기 위해 연료 공급 시스템을 사용하는 방법에 관한 것이다. 예시적인 실시예에서, 본 명세서에 개시된 방법은 연료를 연료 가스 공급원으로부터 보트의 내장 연료 가스 저장 시스템으로 전달하는 데 사용될 수 있다. 본 명세서에 개시된 방법은 또한 튜브 트레일러, 지상 기반 가압 저장소 등을 포함하는 다양한 연료 가스 공급원과 함께 사용될 수 있다. 본 명세서에 개시된 방법은 연료를 연료 가스 공급원으로부터 연료 가스 저장소로 연료를 전달하는 데 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 본 명세서에 개시된 방법은 연료를 연료 가스 공급원(예를 들어, 가압 용기, 압축기, 전해조 또는 개질기와 같은 가스 발생기 등)으로부터 비히클로 연료를 전달하는 데 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 본 명세서에 개시된 방법은 연료를 비히클로부터 연료 가스 공급원으로 전달하는 데 사용될 수 있다.
많은 실시예에서, 연료 가스 저장소는 보트, 자동차, 오토바이, 항공기 또는 기타 비히클과 같은 비히클과 관련되거나 비히클에 설치될 수 있다. 다른 실시예에서, 연료 가스 저장소는 비히클용 연료 공급 스테이션과 관련된 것과 같은 고정식 저장 시설일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 고정식 전력 시스템 및/또는 가스 기기는 현장 또는 일체형 연료 저장소를 가질 수 있다. 많은 실시예에서, 연료 공급 시스템은 연료 가스를 수용하기에 적절한 하나 이상의 도관을 포함한다. 많은 실시예에서, 연료 가스는 주변 압력보다 더 높게 가압된다. 도관은 서로 유체 연통하는 고압 구역, 중압 구역 및 저압 구역과 같은 하나 이상의 압력 구역으로 배열될 수 있다. 연료 공급 시스템은 구역 사이에 감압 디바이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 연료 공급 시스템은 연료 가스가 고압 구역으로부터 중압 구역으로 유동할 때 연료 가스의 압력을 강하시키기 위해 고압 구역과 중압 구역 사이에 감압 밸브를 포함할 수 있다. 유사하게, 감압 밸브가 중압 구역과 저압 구역 사이에 배치되어 연료 가스가 중압 구역으로부터 저압 구역으로 유동할 때 연료 가스의 압력을 강하시킬 수 있다.
압력 구역 중 하나 이상은 연료 가스 공급원으로부터 연료 가스 공급 매니폴드를 통해 연료 가스를 받는 하나 이상의 연료 가스 저장 용기와 유체 연통할 수 있다. 예를 들어, 연료 가스 저장 용기는 중압 구역으로부터 연료 가스를 받을 수 있다. 압력 구역 중 하나 이상은 연료 전지, 모터, 엔진, 개질기, 버너 등과 같은 연료 가스 최종 사용 디바이스와 유체 연통할 수 있다. 예를 들어, 저압 구역은 저압 구역이 최종 사용 디바이스에 적절한 압력 및 유량으로 연료 가스를 공급하도록 연료 가스 최종 사용 디바이스와 유체 연통할 수 있다. 일부 구현예에서, 연료 전지 시스템은 연료 공급 시스템의 연료 가스를 보트용 추진 시스템에 전력을 제공하는 전기 에너지로 변환할 수 있다.
도 1은 본 명세서에 개시된 방법과 함께 사용하기 위한 연료 공급 시스템(100)의 일 실시예를 예시한다. 연료 공급 시스템(100)은 하나 이상의 가압 용기와 같은 가스 공급원(102)에 유동적으로 해제 가능하게 연결되도록 구성될 수 있다. 도시된 실시예에서, 가스 공급원(102)은 연료 공급 시스템(100)을 통해 비히클에 연료 공급하기 위한 장소로 운반될 수 있는 것과 같은 튜브 트레일러이다. 몇몇 실시예에서, 가스 공급원(102)은 개질기 또는 전해조와 같은 연료 가스 발생기를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 가스 공급원은 압축기를 포함할 수 있다. 연료 공급 시스템(100)은 밸브, 센서, 필터, 도관 등과 같은 다양한 프로세스 디바이스를 포함할 수 있으며, 이에 대해서는 이하에서 상세히 설명된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 연료 공급 시스템(100)은 프로그래밍 가능한 로직 제어기(programmable logic controller)(PLC)와 같은 제어기(200)와 같은 처리 요소에 의해 제어될 수 있다. 도 2는 제어기(200)의 다양한 디바이스에 대한 단순화된 블록도를 예시한다. 도시된 바와 같이, 제어기(200)는 하나 이상의 처리 요소(202), 임의적인 디스플레이(204), 하나 이상의 메모리 구성요소(206), 네트워크 인터페이스(208), 전력 공급원(210), 및 임의적인 입력/출력 I/O 인터페이스(212)를 포함할 수 있으며, 다양한 구성요소는, 예컨대 하나 이상의 시스템 버스, 컨트랙트 트레이스, 배선, 또는 무선 메커니즘을 통해 서로 직접 또는 간접적으로 통신할 수 있다.
하나 이상의 처리 요소(202)는 명령을 처리, 수신, 및/또는 송신할 수 있는 실질적으로 임의의 전자 디바이스일 수 있다. 예를 들어, 처리 요소(202)는 마이크로프로세서, 마이크로컴퓨터, 그래픽 처리 유닛 등일 수 있다. 또한, 처리 요소(202)는 서로 통신할 수 있거나 통신하지 않을 수 있는 하나 이상의 처리 요소 또는 모듈을 포함할 수 있음에 유의해야 한다. 예를 들어, 제1 처리 요소는 컴퓨팅 디바이스의 구성요소의 제1 세트를 제어할 수 있고 제2 처리 요소는 컴퓨팅 디바이스의 구성요소의 제2 세트를 제어할 수 있으며, 제1 및 제2 처리 요소는 서로 통신하거나 통신하지 않을 수 있다. 이와 관련하여, 처리 요소는 하나 이상의 명령어를 로컬식으로 병렬로, 및/또는, 예컨대 클라우드 컴퓨팅 자원을 거쳐 네트워크를 통해 실행하도록 구성될 수 있다.
디스플레이(204)는 임의적이며, 예컨대 사용자에게 시각 정보(예를 들어, 이미지, 그래픽 사용자 인터페이스, 비디오, 통지 등)를 디스플레이하기 위해 제어기(200)의 디바이스에 입력/출력 메커니즘을 제공하고, 특정 경우에 또한 (예를 들어, 터치 스크린 등을 통해) 사용자 입력을 수신하도록 작동할 수 있다. 디스플레이는 LCD 스크린, 플라즈마 스크린, LED 스크린, 유기 LED 스크린 등일 수 있다. 디스플레이의 유형과 개수는 디바이스의 유형(예를 들어, 스마트폰 대 데스크탑 컴퓨터, 대 PLC)에 따라 달라질 수 있다.
메모리 구성요소(206)는 오디오 파일, 비디오 파일, 문서 파일, 프로그래밍 명령 등과 같은 연료 공급 시스템(100)에 의해 이용될 수 있는 전자 데이터를 저장한다. 메모리 구성요소(206)는, 예를 들어 비휘발성 저장 장치, 자기 저장 매체, 광학 저장 매체, 광자기-광학 저장 매체, 읽기 전용 메모리, 랜덤 액세스 메모리, 소거 가능 프로그래밍 가능한 메모리, 플래시 메모리, 또는 하나 이상의 유형의 메모리 구성요소의 조합일 수 있다. 메모리 구성요소들은 네트워크 인터페이스(208)를 통해 클라우드 네트워크 등을 거쳐 임의적으로 연결된다.
네트워크 인터페이스(208)는 데이터를 네트워크로 그리고 네트워크로부터 연료 공급 시스템(100)의 다양한 디바이스로 송수신한다. 네트워크 인터페이스(208)는 직접 또는 간접적으로 연료 공급 시스템(100)의 디바이스에 데이터를 송신 및 전송할 수 있다. 예를 들어, 네트워킹/통신 인터페이스는 RS-232, DH-485, CANBUS, MODBUS, 이더넷, Wi-Fi, Wi-Max, Bluetooth, ZigBee 또는 다른 적절한 유선 또는 무선 네트워크와 같은 네트워크를 통해 다른 컴퓨팅 디바이스에 그리고 다른 컴퓨팅 디바이스로부터 데이터를 송신할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 네트워크 인터페이스는 또한 네트워크를 통해 요청을 인터페이싱하고 변환하는 애플리케이션 프로그램 인터페이스(application program interface)(API)와 같은 다양한 모듈을 포함할 수 있다.
제어기(200)는 전력 공급원(210)을 포함할 수 있다. 전력 공급원(210)은 제어기(200)의 다양한 구성요소 및 임의로 연료 공급 시스템(100)의 구성요소에 전력을 제공한다. 전력 공급원(210)은 하나 이상의 재충전 가능한, 일회용, 또는 하드와이어 소스, 예를 들어 배터리, 전력 코드, AC/DC 인버터, DC/DC 컨버터, 연료 전지 등을 포함할 수 있다. 추가로, 전력 공급원(210)은 연료 공급 시스템(100) 또는 제어기(200)의 다양한 디바이스에 상이한 유형의 전력을 제공하는 하나 이상의 유형의 커넥터 또는 구성요소를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 전력 공급원(210)은 컴퓨터 또는 컴퓨터 내의 배터리에 전력을 제공하고 또한 디바이스로 그리고 디바이스로부터 다른 디바이스로 데이터를 송신하는 커넥터(예컨대, 범용 직렬 버스)를 포함할 수 있다.
임의적인 I/O 인터페이스(212)는 제어기(200)가 사용자로부터 입력을 수신하고 사용자에게 출력을 제공하게 한다. 예를 들어, I/O 인터페이스(212)는 정전식 터치 스크린, 키보드, 마우스, 스타일러스 등을 포함할 수 있다. I/O 인터페이스(212)를 통해 상호 작용하는 디바이스의 유형은 원하는 대로 변경될 수 있다.
도 1로 복귀하면, 연료 공급 시스템(100)은 분리 커플링(104) 및/또는 분리 커플링(114)과 같은 하나 이상의 분리 커플링을 포함할 수 있다. 분리 커플링(104) 및/또는 분리 커플링(114)은 압력 하에서 도관이 파열되거나 달리 우발적으로 연결 해제되는 경우 도관을 통한 가스의 유동을 정지시키는 데 적합할 수 있다.
연료 공급 시스템(100)은 연료 가스 체크 밸브(120), 연료 가스 체크 밸브(134), 퍼지 가스 체크 밸브(112) 등과 같은 하나 이상의 체크 밸브를 포함할 수 있다. 체크 밸브는 체크 밸브를 통해 한 방향으로의 가스 유동을 허용하지만 체크 밸브를 통해 반대 방향으로의 가스 유동을 실질적으로 방지하도록 작동할 수 있다.
연료 공급 시스템(100)은 하나 이상의 온/오프 또는 차단 밸브를 포함할 수 있다. 차단 밸브는 수동으로 또는 많은 실시예에서 액추에이터를 통해 자동으로 작동될 수 있다. 차단 밸브는 개방될 때 밸브를 통한 가스의 유동을 허용하고 폐쇄될 때 밸브를 통한 가스의 유동을 실질적으로 방지한다. 연료 공급 시스템(100)은 연료 가스 공급 차단 밸브(106), 연료 가스 차단 밸브(130), 블록 밸브(138a), 및 연료 가스 저장 격리 밸브(180a)와 같은 하나 이상의 수동 작동식 온/오프 차단 밸브를 포함할 수 있다. 연료 공급 시스템(100)은 연료 가스 차단 밸브(132a), 퍼지 가스 벤트 밸브(108a), 퍼지 가스 공급 밸브(110a), 파일럿 서브시스템 차단 밸브(146a), 연료 저장 용기 차단 밸브(176a), 및 퍼지 가스 차단 밸브(148a)와 같은 하나 이상의 자동 작동식 차단 밸브를 포함할 수 있다.
차단 밸브는 연료 가스 차단 밸브 액추에이터(132b), 퍼지 가스 벤트 밸브 액추에이터(108b), 퍼지 가스 공급 밸브 액추에이터(110b), 파일럿 서브시스템 차단 밸브 액추에이터(146b), 연료 저장 용기 차단 밸브 액추에이터(176b), 블록 밸브 액추에이터(138b), 연료 가스 저장 격리 밸브 액추에이터(180b), 및/또는 퍼지 가스 차단 밸브 액추에이터(148b)와 같은 각각의 액추에이터에 의해 구동될 수 있다. 많은 실시예에서, 액추에이터는 작동될 때 액추에이터가 결합되는 각각의 밸브를 개방 또는 폐쇄하는 공압 디바이스(예를 들어, 공기, 질소 등과 같은 압축 가스에 의해 구동됨)일 수 있다. 다른 실시예에서, 액추에이터는 유압 구동식, 전기 구동식 등일 수 있다. 임의의 액추에이터는 액추에이터에 의해 구동되는 밸브의 위치를 나타내는 위치 표시기를 포함하거나 이와 관련될 수 있다. 일부 구현예에서, 위치 표시기는 제어기(200)의 처리 요소와 전기 통신하고 밸브 위치를 처리 요소에 나타내도록 작동하는 제한 스위치, 근접 스위치 등일 수 있다. 일부 구현예에서, 위치 표시기는, 예컨대 플래그 또는 밸브 위치의 다른 시각적 표시기의 사용에 의해 연료 공급 시스템(100)의 사용자에게 밸브 위치를 나타낼 수 있다. 본 명세서에 설명된 임의의 밸브는 처리 요소에 의해 제어되는 액추에이터에 의해 작동되는 자동 밸브일 수 있다. 본 명세서에 설명된 임의의 밸브의 위치는 위치 표시기에 의해 나타낼 수 있으며, 이 위치 표시기는 액추에이터와 관련될 수 있거나, 액추에이터와 별개의 디바이스일 수 있다.
연료 공급 시스템(100)은 하나 이상의 압력 제어 밸브를 포함할 수 있다. 압력 제어 밸브는 압력 제어 밸브의 상류 또는 하류에서 연료 가스의 압력을 조절하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 연료 공급 시스템(100)은 퍼지 가스 순방향 압력 조절기(142), 연료 가스 조절기(제1 스테이지)(122), 및/또는 연료 가스 조절기(제2 스테이지)(140) 형태의 압력 제어 밸브를 포함할 수 있다. 이들 조절기는 압력 제어 밸브의 출구 또는 하류측에서 연료 가스의 압력을 조절하는 순방향 압력 조절기일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 압력 제어 밸브는 압력 제어 밸브의 입구 또는 상류에서 연료 가스의 압력을 조절하는 배압 조절기일 수 있다. 본 명세서에 설명된 임의의 압력 제어 밸브는 수동 또는 자동으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 압력 제어 밸브는 전류-압력(I/P) 제어기, 전압-압력 제어기(V/P), 또는 처리 요소로부터 전기 입력을 받아 압력 제어 밸브의 상류 또는 하류의 압력을 제어하는 유사한 제어기일 수 있다. 일부 구현예에서, 압력 제어 밸브는, 예컨대 바이어스 스프링 또는 파일럿 조절기를 통해 수동으로 설정될 수 있다. 파일럿 조절기는 자동 또는 수동으로 제어할 수 있다.
연료 공급 시스템(100)은 하나 이상의 연료 가스 저장 용기(166)를 포함할 수 있다. 각각의 연료 가스 저장 용기(166)는 원하는 압력의 연료 가스를 수용할 수 있는 임의의 적절한 컨테이너일 수 있다. 일부 구현예에서, 연료 가스 저장 용기(166) 중 하나 이상은 금속(흔히 강철 또는 알루미늄이지만, 다른 금속 및/또는 합금일 수 있음) 압력 용기(일반적으로 유형 I 용기로 지칭됨)일 수 있다. 일부 구현예에서, 연료 가스 저장 용기(166) 중 하나 이상은 섬유 보강 복합재(예를 들어, 매트릭스에 유지된 유리, 아라미드, 또는 탄소 섬유)가 금속 용기 둘레에 랩핑된 금속 압력 용기(예를 들어, 알루미늄)(예를 들어, 유형 II 용기)일 수 있다. 일부 구현예에서, 연료 가스 저장 용기(166) 중 하나 이상은 섬유 보강 복합재로 랩핑된 금속 라이너(예를 들어, 알루미늄 또는 강철)을 가질 수 있다(예를 들어, 유형 III 용기). 일부 구현예에서, 연료 가스 저장 용기(166) 중 하나 이상은 섬유 보강 복합재로 랩핑된 폴리머(예를 들어, 열가소성 물질) 라이너를 가질 수 있다(예를 들어, 유형 IV 용기). 다양한 실시예에서, 연료 가스 저장 용기(166)는 250-bar, 350-bar, 500-bar, 또는 700-bar 공칭 압력의 압력으로 연료 가스를 저장하기에 적합할 수 있다. 연료 가스는 필요에 따라 연료 가스 저장 용기(166)에 추가되거나 그로부터 회수될 수 있다. 일부 구현예에서, 연료 가스 저장 용기(166) 및 파일럿 서브시스템은 임의적이다. 예를 들어, 연료 공급 시스템(100)은 연료 가스의 저장 없이 연료 가스 공급원(102)로부터 연료 소비 디바이스로 연료 가스를 공급하는 데 사용될 수 있다.
일부 예에서, 연료 가스 저장 용기(166)는 금속 수소화물과 같은 고상 저장 매체를 수용하기에 적합하다. 고상 저장 매체는 불연성 및 저압 상태(예를 들어, 약 70-100 bar)의 수소와 같은 연료 가스를 가역적으로 저장할 수 있고 전술한 전통적인 압력 용기에 비교하여 특정 이점을 가질 수 있다. 예를 들어, 수반된 대체로 더 낮은 압력으로 인해, 고상 저장 매체를 저장하는 용기의 벽 두께는 전통적인 압력 용기의 벽보다 더 얇고 비용이 적게 들 수 있다. 또한, 고상 저장 매체를 저장하는 용기는, 내부에 수용된 가압 가스에 의해 벽에 부여된 응력으로 인해 일반적으로 원통형 또는 구형인 전통적인 압력 용기에 비해 더 가요성이거나 적응 가능한 형상으로 이루어질 수 있다. 수소와 같은 연료 가스를 저장할 수 있는 일부 예시적인 고상 저장 매체는 불안정화된 수소화물(예를 들어, LiBH4/MgF2), 음이온 물질(Mg(BH4)2), 아미드/이미드 물질(예를 들어, 2LiNH2 + MgH2), 및 알란(AlH3)을 포함한다. 다른 고상 저장 물질은, 본 명세서에 모든 목적을 위해 참조로 포함되는, L. Klebanoff 및 J. Keller의 Final Report for the DOE Metal Hydride Center of Excellence (Sandia National Laboratories, SAND2012-0786, Feb. 2012)에 설명되어 있다.
연료 공급 시스템(100)은 연료 가스의 물리적 특성, 주변 조건, 및/또는 연료 공급 시스템(100)의 구성요소의 조건을 감지하는 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 센서는 압력 또는 온도와 같은 특성을 감지할 수 있다. 예를 들어, 연료 공급 시스템(100)은 연료 가스 공급 압력 송신기(116), 연료 가스 제1 스테이지 압력 송신기(136), 연료 가스 공급 압력 송신기(118), 및/또는 저장 압력 송신기(174)와 같은 하나 이상의 압력 송신기를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 연료 공급 시스템(100)은 연료 가스 저장 온도 송신기(178)와 같은 하나 이상의 온도 송신기를 포함할 수 있다.
센서는 감지된 물리적 특성을 제어기(200) 또는 다른 적절한 제어 시스템에 의해 수신하기에 적절한 전기 신호로 변환할 수 있다. 예를 들어, 센서는 감지된 물리적 특성을 전류 신호(예를 들어, 4-20 mA 신호 등) 또는 전압 신호(예를 들어, 0-5 V, 0-10 V 등)와 같은 아날로그 신호로 변환할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 센서는 감지된 물리적 특성을 RS-232, DH-485, CANBUS, MODBUS, 이더넷 또는 다른 적절한 형태의 디지털 신호와 같은 디지털 신호로 변환할 수 있다. 디지털 또는 아날로그 신호는 유선 또는 무선으로 송신될 수 있다.
연료 공급 시스템(100)은 필터(124)와 같은 하나 이상의 필터를 포함할 수 있다. 필터는 연료 가스가 통과하게 하지만 미립자 또는 액체 물질이 통과하는 것을 차단하거나 포획하는 임의의 디바이스일 수 있다. 연료 공급 시스템(100)은 적절한 다른 필터를 포함할 수 있다.
연료 공급 시스템(100)은 하나 이상의 압력 안전 밸브를 포함할 수 있다. 압력 안전 밸브는 연료 가스의 압력이 설정점 압력 레벨을 초과할 때 도관 또는 용기로부터 연료 가스를 완화하는 임의의 디바이스이다. 완화된 연료 가스는 대기로 배기될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 압력 안전 밸브는 연료 가스의 압력 및 온도가 각각의 임계값을 초과할 때 연료 가스를 방출할 수 있다. 예를 들어, 연료 공급 시스템(100)은 퍼지 가스 압력 안전 밸브(150) 및/또는 연료 가스 압력 안전 밸브(128)를 포함할 수 있다.
연료 공급 시스템(100)은 온도 압력 릴리프 디바이스(188)와 같은 하나 이상의 온도 압력 릴리프 디바이스를 포함할 수 있다. 온도 압력 릴리프 디바이스(188)는 연료 가스 저장 용기(166)에서의 온도가 또한 임계값을 초과할 때 연료 가스 저장 용기(166) 내의 압력의 안전하지 않은 축적을 배기할 수 있다. 예를 들어, 연료 가스 저장 용기(166)는 약 90℃, 100℃, 110℃, 120℃, 또는 130℃의 온도에서 배기할 수 있다. 다른 예에서, 연료 가스 저장 용기(166)는 더 높거나 더 낮은 온도에서 배기할 수 있다. 이러한 상황은 연료 가스 저장 용기(166)가 화재에 휩싸이거나 달리 노출됨으로써, 연료 가스 저장 용기(166) 내의 연료 가스의 압력이 안전하지 않은 레벨로 상승할 수 있을 때 발생할 수 있다.
온도 압력 릴리프 디바이스(188)는 파일럿 서브시스템(182)의 디바이스에 의해 제어될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 파일럿 서브시스템(182)은, 예컨대 시스템이 파일럿 서브시스템(182)을 사용하지 않는 온도 압력 릴리프 디바이스(188)를 포함할 때 임의적이다. 파일럿 서브시스템(182)은 연료 가스 저장 용기(166)의 예상치 못한 압력 상승의 경우에 온도 압력 릴리프 디바이스(188)를 개방함으로써 연료 가스 저장 용기(166) 내의 압력을 제어하기 위한 디바이스를 포함할 수 있다. 파일럿 서브시스템(182)은 파일럿 서브시스템(182)이 가압 연료 가스로 충전될 수 있게 하는 파일럿 서브시스템 차단 밸브(146a) 및 파일럿 서브시스템 차단 밸브 액추에이터(146b)를 포함할 수 있다. 파일럿 서브시스템(182)으로의 가스 유동은 오리피스일 수 있는 파일럿 가스 스로틀(184)과 같은 등엔탈피 스로틀에 의해 제한될 수 있다. 도관은, 예컨대 체크 밸브(198)를 통해 파일럿 가스 스로틀(184)의 상류에 있는 파일럿 서브시스템(182) 내의 위치에 셔틀 밸브(186)를 유동적으로 연결할 수 있다. 체크 밸브(198)는, 예컨대 연료 가스 저장 용기(166)가 배기하는 이벤트 동안 파일럿 서브시스템 차단 밸브(146a)를 통한 역류를 감소시키거나 방지하는 이점을 제공할 수 있다. 파일럿 서브시스템(182)은 셔틀 밸브(186)를 포함할 수 있다. 셔틀 밸브(186) 및/또는 온도 압력 릴리프 디바이스(188)는 화살표(190)로 나타낸 벤트 마스트로 가스를 배기할 수 있는 파일럿 구역 벤트 매니폴드(154c)로 가스를 배기할 수 있다.
연료 공급 시스템(100)의 구성요소는 연료 가스 및/또는 연료 공급 시스템(100)으로부터 연료 가스를 제거하는 데 사용될 수 있는 퍼지 가스를 수용하기에 적절한 하나 이상의 도관에 의해 연결될 수 있다. 많은 실시예에서, 도관은 중공 튜브일 수 있다. 중공 튜브는 파이프처럼 강성일 수 있거나, 중공 튜브는 호스와 같이 가요성일 수 있다. 도관은 임의의 적절한 재료로 제조될 수 있다. 많은 구현예에서, 도관은 300 시리즈 스테인리스강(예를 들어, AISI 316/316L 강)으로 형성될 수 있다. 많은 구현예에서, 연료 가스의 압력은 약 250-bar, 350-bar, 500-bar, 750-bar, 900-bar 이상의 공칭 압력을 가질 수 있다. 연료 가스 압력은 공칭 값으로부터 약 +/-25% 변동될 수 있다. 통상적으로, 더 높은 압력을 수용하도록 구성된 도관은 더 낮은 압력을 수용하도록 구성된 도관보다 더 두꺼운 벽 및/또는 더 작은 직경을 가질 수 있다.
연료 공급 시스템(100)은 연료 가스 공급 도관(152a)에 의해 가스 공급원(102)에 선택적으로 유동적으로 연결 가능할 수 있다. 많은 구현예에서, 연료 가스 공급 도관(152a)은 가요성 호스일 수 있다. 가요성 호스는 비히클(예를 들어, 튜브 트레일러)에 결합된 가스 공급원(102)의 위치에서, 또는 연료 공급 시스템(100)이 이동 가능한 비히클 자체에 장착되거나 관련되는 곳(예를 들어, 연료 공급 시스템(100)은 파도로 인해 물에서 까닥거릴 수 있거나, 조수에 기초하여 도크에 대해 위 또는 아래로 부동할 수 있는 보트 상에 있음)에서 오르내림을 허용하는 이점을 가질 수 있다.
연료 공급 시스템(100)은 하나 이상의 도관으로 형성된 연료 가스 공급 매니폴드(158)를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 연료 공급 시스템(100)은 퍼지 가스 공급원(144) 및 연료 가스 공급 매니폴드(158)에 결합된 퍼지 가스 공급 매니폴드(156)를 포함할 수 있다. 퍼지 가스 공급원(144)은 연료 가스 공급원(102)과 관련될 수 있다(예를 들어, 연료 가스 공급원(102)과 함께 트레일러에 포함될 수 있음). 일부 구현예에서, 퍼지 가스 공급원(144)은 연료 공급 시스템(100)과 관련될 수 있다. 연료 공급 시스템(100)은 퍼지 가스 벤트 매니폴드(154a), 연료 가스 벤트 매니폴드(154b), 및/또는 파일럿 구역 벤트 매니폴드(154c)와 같은 하나 이상의 벤트 매니폴드를 포함할 수 있다. 벤트 매니폴드(154a, 154b, 154c)는 화살표(160, 162, 190)로 나타낸 각각의 벤트 마스트와 유체 연통할 수 있다. 일부 구현예에서, 벤트 매니폴드(154a, 154b, 154c)는 공통 벤트 마스트와 유체 연통할 수 있다.
연료 공급 시스템(100)은 고압 구역(170), 중압 구역(168), 및/또는 저압 구역(172)과 같은 하나 이상의 압력 구역을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 구현예에서, 고압 구역(170)은 분리 커플링(104), 연료 가스 공급 차단 밸브(106), 연료 가스 공급 도관(152a), 분리 커플링(114), 퍼지 가스 체크 밸브(112), 연료 가스 공급 압력 송신기(116), 연료 가스 체크 밸브(120), 및 연료 가스 조절기(제1 스테이지)(122)를 포함한다. 고압 구역(170)은 필터(124)와 같은 필터를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 연료 가스는 가스 공급원(102)으로부터 분리 커플링(104)을 통해 연료 가스 공급 차단 밸브(106)로 유동할 수 있다. 연료 가스 유동은 연료 가스 공급 차단 밸브(106)에 의해 제어될 수 있다. 연료 가스 공급 차단 밸브(106)는 수동 또는 자동으로 구동될 수 있다. (예를 들어, 연료 가스 공급원(102)의 압력에서) 고압 구역(170) 및 (예를 들어, 연료 가스 조절기(제1 스테이지)(122)를 통해) 중압 구역(168)을 제공하는 것은 특정 이점을 가질 수 있다. 저압보다 고압으로 연료 가스를 운반하는 것이 더 효율적일 수 있다. 예를 들어, 연료 가스가 튜브 트레일러를 통해 공급되는 경우, 튜브의 압력이 높을수록, 연료(예를 들어, 트레일러를 견인하는 트랙터용 디젤)에 있어서 매우 작은 증가 비용으로 주어진 선적물에 더 많은 연료가 포함될 수 있다. 그러나, 더 높은 운반 압력은 연료 가스 저장 시스템과 호환되지 않을 수 있다(즉, 압력 용기 또는 도관 압력 등급보다 더 높을 수 있음). 압력 등급이 더 낮은 용기는 일반적으로 압력 등급이 더 높은 용기보다 저렴하며 크기 또는 중량이 덜 중요한 고려사항인 연료 가스 저장 시스템(예를 들어, 고정식 연료 가스 저장소)에 사용될 수 있다. 따라서, 고압 구역과 중압 구역 사이의 연료 가스의 압력을 강하시키면 더 낮은 비용, 더 낮은 압력의 저장 시스템으로 효율적인 고압 전달의 사용이 가능하게 될 수 있다.
가스 공급원(102)이 분리 커플링(104)에 연결되고 연료 가스 공급 차단 밸브(106)가 개방될 때, 연료 가스는 가스 공급원(102)로부터 연료 가스 공급 도관(152a)을 통해 연료 공급 시스템(100)으로 유동할 수 있다. 연료 가스 공급 도관(152a)은 분리 커플링(114)을 통해 연료 공급 시스템(100)에 결합될 수 있다. 연료 가스는 연료 가스 체크 밸브(120)를 통해 연료 가스 조절기(제1 스테이지)(122)를 향해 유동할 수 있다. 연료 가스 조절기(제1 스테이지)(122)의 상류에 연료 가스 체크 밸브(120)를 배치하는 이점은 연료 가스 공급 도관(152a)의 갑작스러운 또는 비의도적인 손실 또는 연결 해제의 경우에 볼 수 있으며, 연료 가스는 연료 공급 시스템(100)으로부터 대기로 역류하는 것이 방지될 것이다. 일반적으로, 적절한 시스템에 연료 가스를 수용하는 것이 바람직한데, 연료 가스가 빠져나갈 때 발화하거나 폭발할 수 있기 때문이다. 연료 가스 공급 압력 송신기(116)는 고압 구역(170)의 압력을 감지할 수 있도록 연료 가스 공급 매니폴드(158) 내의 임의의 적절한 위치에 배치될 수 있다. 연료 가스 공급 매니폴드(158)는, 퍼지 가스가 연료 가스 공급 매니폴드(158)로부터 연료 가스를 퍼지하기 위해 본 개시내용의 방법에 따라 사용될 수 있도록 고압 구역(170)을 퍼지 가스 공급 매니폴드(156)에 유동적으로 결합하는 도관을 포함할 수 있다.
고압 구역(170)은 연료 가스 조절기(제1 스테이지)(122)에서 중압 구역(168)에 결합될 수 있다. 연료 가스 조절기(제1 스테이지)(122)는 고압 구역(170)과 중압 구역(168) 사이에서 연료 가스의 압력을 강하시킬 수 있다. 예를 들어, 가스 공급원(102)은 500-bar와 같은 압력으로 연료 가스를 공급할 수 있다. 연료 가스 조절기(제1 스테이지)(122)는 가스 공급원(102)에 의해 공급되는 연료 가스의 압력을 500-bar로부터 100-bar, 200-bar, 250-bar, 350-bar, 400-bar 등과 같은 더 낮은 압력으로 강하시킬 수 있다. 일부 예에서, 연료 가스 조절기(제1 스테이지)(122)는 금속 수소화물과 같은 고상 저장 시스템과 호환되는 압력으로 연료 압력을 강하시킬 수 있다. 예를 들어, 연료 가스 조절기(제1 스테이지)(122)는 약 10-40 bar의 압력을 강하시킬 수 있다.
연료 가스는 연료 가스 조절기(제1 스테이지)(122)로부터 중압 구역(168)으로 유동할 수 있다. 연료 가스는 연료 가스 조절기(제1 스테이지)(122)로부터 필터(124)로 유동하여 연료 가스로부터 미립자 물질 또는 액체를 포획하거나 제거할 수 있다. 연료 가스는 필터(124)로부터 연료 가스 차단 밸브(130)로 유동한 다음 연료 가스 차단 밸브(132a)로 유동할 수 있다. 연료 가스 차단 밸브(130)는 연료 유동을 수동으로 차단하는 데 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 밸브(130 또는 132) 중 하나는 임의적일 수 있다. 예를 들어, 시스템은 구동 밸브(132a)가 아닌 수동 차단 밸브(130)를 포함하거나 그 반대일 수 있다. 연료 가스 차단 밸브(132a)는 연료 가스 차단 밸브 액추에이터(132b)에 의해 개방 또는 폐쇄되어 연료 가스 공급 매니폴드(158)에서 연료 가스의 유동을 각각 허용 또는 정지시킬 수 있다. 연료 가스 제1 스테이지 압력 송신기(136)는 중압 구역(168)의 압력을 감지할 수 있도록 연료 가스 공급 매니폴드(158) 내의 임의의 적절한 위치에 배치될 수 있다. 블록 밸브(138a)는, 예컨대 유지 보수 목적을 위해 중압 구역(168)으로부터 연료 가스 제1 스테이지 압력 송신기(136)를 격리하기 위해 공급될 수 있다. 연료 가스는 연료 가스 차단 밸브(132a)로부터 연료 가스 체크 밸브(134)로 유동할 수 있다. 연료 가스 체크 밸브(134)는 그 상류에 있는 중압 구역(168)의 부분으로의 연료 가스의 역류를 방지할 수 있다. 중압 구역(168)은, 예컨대 밸브(189a)를 통해 벤트 매니폴드(154b)와 선택적으로 유체 연통하는 분기부를 포함할 수 있다. 분기부는 체크 밸브(134)의 하류 또는 연료 가스 매니폴드(158) 내의 다른 적절한 위치에 배치될 수 있다. 밸브(189a)는 액추에이터(189b)에 의해 선택적으로 작동 가능(예를 들어, 개방 가능 또는 폐쇄 가능)할 수 있다. 이러한 분기부는 연료 가스 저장 용기(166) 및/또는 연료 공급 시스템(100)의 다른 부분을 배기 및/또는 비활성화하기 위해 사용될 수 있다.
연료 가스 공급 매니폴드(158)는 중압 구역(168)의 분기부 또는 티(194)를 포함하거나 연결될 수 있다. 티(194)는 연료 가스 공급 매니폴드(158)와 일체로 형성될 수 있다. 일부 예에서, 티(194)는 가요성 호스와의 연결에 의해 연료 가스 공급 매니폴드(158)와 유체 연통할 수 있다. 분기부의 한쪽 다리는 연료 가스 조절기(제2 스테이지)(140)를 통해 저압 구역(172)으로 유동할 수 있다. 차단 밸브(197)는 조절기(140)의 상류에 공급될 수 있다. 차단 밸브(197)는 연료 가스의 확실한 차단을 조절기(140)에 제공하는 이점을 제공할 수 있다. 저압 구역(172)은 화살표(164)로 나타낸 바와 같이 하나 이상의 연료 전지, 엔진 등과 같은 하나 이상의 연료 소비 디바이스와 유체 연통하고 이 연료 디바이스로 연료를 유동시킬 수 있다. 연료 가스 조절기(제1 스테이지)(122)와 마찬가지로, 연료 가스 조절기(제2 스테이지)(140)는 중압 구역(168)으로부터의 압력을 저압 구역(172)에서 사용하기 위해 더 낮은 압력으로 강하시키는 순방향 압력 조절기일 수 있다. 예를 들어, 연료 가스 조절기(제2 스테이지)(140)는 연료 가스의 압력을 350-bar로부터 연료 전지와 같은 최종 사용 디바이스에 적절한 압력으로 강하시킬 수 있다. 예를 들어, 연료 가스 조절기 제2 스테이지(140)는 연료 가스의 압력을 10-bar로 강하시킬 수 있다. 일부 예에서, 연료 가스 조절기(제2 스테이지)(140)는 연료 가스의 압력을 약 900-bar와 같은 연료 가스 저장 용기(166) 내의 압력으로부터 약 500-bar, 625-bar, 700-bar, 및/또는 875-bar와 같은 비히클에 연료 공급하기에 적절한 압력으로 강하시킬 수 있다. 다른 분기부는 연료 가스를, 예컨대 연료 가스 저장 격리 밸브(180a)를 통해 파일럿 서브시스템(182) 및/또는 하나 이상의 연료 가스 저장 용기(166)에 공급하는 저장 용기 공급 분기부(187)일 수 있다. 연료 가스는 분기부(187) 및 파일럿 서브시스템(182)과 유체 연통하는 분기부(193)에 의해 저장 용기 공급 분기부(187)로부터 파일럿 서브시스템으로 공급될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 연료 공급 시스템(100)은 임의적으로 저장 용기 공급 분기부(187)와 별개인 파일럿 서브시스템(182)에 연료 가스를 공급하기 위한 파일럿 공급 분기부(191)를 포함할 수 있다. 파일럿 공급 분기부(191)는 차단 밸브(192)에 의해 선택적으로 폐쇄 가능할 수 있다. 도 1에 도시된 예에서, 파일럿 공급 분기부(191)는 연료 가스 압력 안전 밸브(128)와 차단 밸브(130) 사이의 연료 가스 공급 매니폴드(158)로부터 연장된다. 다른 실시예에서, 파일럿 공급 분기부는 연료 가스 공급 매니폴드(158) 내의 임의의 적절한 위치로부터 분기될 수 있다. 별개의 파일럿 공급 분기부(191)를 제공하는 것은, 예컨대 연료 가스 저장 용기(166)보다 더 높은 압력으로 파일럿 서브시스템(182)을 충전하기 위해, 저장 용기 공급 분기부(187)를 사용하지 않고 파일럿 서브시스템(182)을 충전할 수 있는 이점을 가질 수 있다. 일부 예에서, 연료 가스 저장 용기(166)는 매니폴드 압력이 탱크 압력보다 클 때 연료 가스가 용기 내로 유동하게 하는 체크 밸브를 포함할 수 있다.
연료 가스는, 예컨대 파일럿 서브시스템 차단 밸브 액추에이터(146b)에 의해 개방될 때 파일럿 서브시스템 차단 밸브(146a)를 통해 유동하고 파일럿 가스 스로틀(184)을 통해 유동하여 파일럿 구역을 충전할 수 있다. 파일럿 서브시스템(182)은 연료 가스 압력을 유지하고 셔틀 밸브(186)가 폐쇄된 상태를 유지하게 할 수 있다. 과도한 온도가 온도 압력 릴리프 디바이스(188)에 의해 검출되는 경우(예를 들어, 화재가 검출되는 경우), 온도 압력 릴리프 디바이스(188)는 파일럿 서브시스템(182)에서 연료 가스를 배기하고, 예컨대 파일럿 구역 벤트 매니폴드(154c)를 통해 압력을 강하시킬 수 있다. 파일럿 서브시스템(182)의 압력이 강하되는 경우, 셔틀 밸브(186)가 개방되어 연료 가스 저장 용기(166)로부터 연료 가스를 배기할 수 있다. 셔틀 밸브(186) 및/또는 온도 압력 릴리프 디바이스(188)를 통한 연료 가스의 유량은, 파일럿 구역의 압력이 유지되지 않을 수 있고 화재 동안 연료 가스 저장 용기(166)가 배기될 수 있도록 파일럿 가스 스로틀(184)을 통한 유동보다 더 높을 수 있다.
연료 공급 시스템(100)은 첨가제 공급 용기(195)를 포함할 수 있다. 첨가제는 고체, 액체 또는 연료 가스 또는 퍼지 가스에 추가되어 각각의 가스 스트림에 새롭거나 개선된 특성을 부여할 수 있는 가스일 수 있다. 하나의 예에서, 첨가제는 취기제(odorant)일 수 있고 첨가제 공급 용기는 취기제 공급 용기(195)로서 사용된다. 취기제 공급 용기(195)는, 예컨대 제어 밸브(196)를 통해 연료 가스 매니폴드(158)와 선택적으로 유체 연통할 수 있다. 많은 연료 가스에는 특유의 썩은 계란 냄새가 나는 취기제(예를 들어, 메틸 메르캅탄)가 도핑되어 있다. 이러한 도펀트는 연료 가스의 누설을 근방의 사용자에게 경고할 수 있다. 수소와 같은 일부 연료 가스는 이러한 취기제 없이 전달될 수 있다. 예를 들어, 수소를 전기로 변환하는 연료 전지 시스템은 메틸 메르캅탄에 존재하는 황과 같은 더욱 낮은 농도의 원소에 의해서도 손상될 수 있다. 연료 가스에 손상을 주지 않는 취기제를 첨가하는 것이 유리할 수 있다. 연료 전지 시스템과 함께 사용하기에 적절한 취기제의 일부 예는 에틸 아크릴레이트, 메틸 아크릴레이트, 2-에틸-3메틸피라진, 5-에틸리덴-2-노보넨, 아크릴산 에스테르, 아세토페논, 프로피온알데하이드, n-부티르알데하이드 또는 이들의 혼합물을 포함한다.
취기제 공급 용기(195)는 취기제가 연료 가스로 증발하는 심지를 통해 연료 가스에 취기제를 공급할 수 있다. 취기제 공급 용기(195)는 취기제가 액적의 제어된 속도로 연료 가스에 공급되는 드립 스타일 시스템을 통해 연료 가스에 취기제를 공급할 수 있다. 취기제 공급 용기(195)는 취기제가 압축되고 밸브를 통해(예를 들어, 제어 밸브(196)를 통해) 방출되는 주입식 시스템을 통해 연료 가스에 취기제를 공급할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 연료 시스템(100)은, 예컨대 인클로저에 시스템의 구성요소를 패키징함으로써 운반식일 수 있다. 시스템(100)의 운반식 실시예에서, 시스템은 연료 가스 공급 차단 밸브(104), 연료 가스 공급 도관(152a), 분리 커플링(114), 연료 가스 공급 매니폴드(158), 연료 가스 체크 밸브(120), 연료 가스 조절기(제1 스테이지)(122), 필터(124), 연료 가스 압력 안전 밸브(128), 차단 밸브(130), 연료 가스 차단 밸브(132a), 연료 가스 체크 밸브(134), 블록 밸브(138a), 블록 밸브 액추에이터(138b), 퍼지 가스 순방향 압력 조절기(142), 퍼지 가스 차단 밸브(148a), 액추에이터(148b), 퍼지 가스 압력 안전 밸브(150), 퍼지 가스 벤트 밸브(108a), 퍼지 가스 공급 밸브(110a), 압력 송신기(118), 연료 가스 벤트 밸브(126a), 차단 밸브(197), 티(194), 및 임의로 조절기(140) 및/또는 연료 가스 저장 격리 밸브(180a) 및 액추에이터(180b)를 향한 연료 가스를 포함할 수 있다.
도 3 내지 도 8은 연료 공급 시스템(100)과 같은 연료 공급 시스템을 작동시키는 방법을 도시한다. 도 3은 연료 가스를 받기 위해 연료 공급 시스템(100)을 준비하기 위한 설정 방법(300)의 예를 예시한다. 도 4는 충전 전에 연료 공급 시스템(100)으로부터 공기 및/또는 연료 가스의 잔류물을 퍼지하기 위한 비활성화/정제 방법(400)의 예를 예시한다. 도 5는 연료 공급 시스템(100)의 무결성을 확인하기 위한 누설 체크 방법(500)의 예를 예시한다. 도 6은 파일럿 서브시스템(182)을 충전하기 위한 파일럿 서브시스템 충전 방법(600)의 예를 예시한다. 도 7은 연료 공급 시스템(100)의 하나 이상의 연료 가스 저장 용기(166)에 연료 가스를 충전하기 위한 충전 방법(700)의 예를 예시한다. 도 8은 연료 공급 시스템(100)의 연료 가스 공급 매니폴드(158)로부터 연료 가스의 잔류물을 퍼지하기 위한 충전 후 비활성화 방법(800)의 예를 예시한다. 본 명세서에서 설명되는 방법의 작동은 도시된 것과 다른 순서로 실행될 수 있으며, 일부 경우에, 작동은 실질적으로 동시에 실행될 수 있다. 일부 구현예에서, 일부 작동은 임의적일 수 있으며 생략될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 설정 방법(300)은 작동(302)에서 시작할 수 있고 전력이 연료 공급 시스템(100)에 공급된다. 전력은 연료 전지, 발전기, 배터리, 엔진, 또는 비히클에 탑재된 다른 전원과 같은 전력 공급전원과 같은 임의의 적절한 전력 공급원에 의해 공급될 수 있다. 연료 공급 시스템(100)이 보트와 관련될 때, 해안 전력이 공급될 수 있다. 전력은 릴레이 또는 다른 전력 제어 디바이스를 통해 PLC와 같은 처리 요소에 의해 자동으로 공급될 수 있다.
설정 방법(300)은 작동(304)으로 진행하고 연료 가스 공급원은 연료 공급 시스템(100)에 연결된다. 연료 가스 공급 도관(152a)은 연료 가스 공급원(102)과 연료 공급 시스템(100) 사이에 연결될 수 있다.
설정 방법(300)은 작동(306)으로 진행하고 연료 공급 시스템(100)의 밸브의 구성이 확인될 수 있다. 예를 들어, 연료 공급 시스템(100)의 임의의 센서는 연료 공급 시스템(100)으로부터 선택적으로 유동적으로 격리될 수 있다. 예를 들어, 블록 밸브(138a)는 연료 가스 제1 스테이지 압력 송신기(136)와 연료 가스 공급 매니폴드(158) 사이에 위치될 수 있다. 블록 밸브(138a)는 블록 밸브(138a)를 개방 및 폐쇄하도록 작동하는 블록 밸브 액추에이터(138b)와 같은 액추에이터를 포함할 수 있다. 연료 가스 저장 격리 밸브(180a)의 위치는, 예컨대 연료 가스 저장 격리 밸브 액추에이터(180b)와 관련된 위치 표시기에 의해 개방된 것으로 확인될 수 있다. 파일럿 구역 벤트 밸브 및/또는 연료 가스 저장 용기(166)와 관련된 연료 배출 밸브의 위치는, 예컨대 위치 표시기에 의해 폐쇄된 것으로 확인될 수 있다.
설정 방법(300)은 작동(308)으로 진행하고 퍼지 가스가 퍼지 가스 공급 매니폴드(156)에 공급된다. 예를 들어, 퍼지 가스 공급원(144)과 같은 퍼지 가스 소스 상의 차단 밸브가 개방될 수 있다. 퍼지 가스 순방향 압력 조절기(142)의 하류 압력은 약 5-15 bar로 조절될 수 있다. 퍼지 가스는 연료 공급 시스템(100)으로부터 공기, 산소, 및/또는 연료 가스를 대체할 수 있는 임의의 적절한 가스일 수 있다. 많은 구현예에서, 퍼지 가스는 질소일 수 있지만, 아르곤, 크세논, 크립톤, 이산화탄소 등과 같은 다른 적절한 불연성 및/또는 비산화성 가스가 사용될 수 있다.
도 4는 연료 공급 시스템(100)으로부터 공기, 퍼지 가스, 및/또는 연료 가스를 제거하기에 적절한 비활성화/정제 방법(400)을 예시한다. 비활성화/정제 방법(400)은 충전 방법(700)에서와 같이 연료 공급 시스템(100)을 충전하기 전에 연료 공급 시스템(100)을 비활성화 또는 정제하는 데 적합할 수 있다. 연료 가스를 공급하기 전에 연료 공급 시스템(100)을 비활성화시키는 것은 안전 관점에서 중요하다. 연료 공급 시스템(100)의 일부가 연료 공급 시스템(100)에 침투했을 수 있는 공기를 포함하는 경우, 연료 공급 시스템(100)을 먼저 비활성화하지 않고 연료 가스를 추가하면 연료와 공기의 가연성 혼합물이 형성될 수 있다. 연료 가스의 오염을 방지하기 위해 연료 공급 시스템(100)으로부터 공기를 제거하는 것이 또한 유리할 수 있다. 시스템(100)을 정제하는 것은, 예컨대 시스템의 정제 요건이 엄격할 때(예를 들어, 99.99% 순도) 퍼지 가스와 같은 오염물을 제거하는 이점을 가질 수 있다. 일부 예에서, 방법(400)은 연료 가스 매니폴드(158)를 비활성화/정제하는 데 사용될 수 있다. 일부 예에서, 방법(400)은 연료 가스 저장 용기(166)를 비활성화/정제하는 데 사용될 수 있다.
방법(400)은 작동(402)으로 진행할 수 있고 가스는 연료 공급 시스템(100)에 공급된다. 방법(400)은 퍼지 가스를 공급함으로써 비활성화 방법으로서 사용될 수 있다. 방법(400)은 연료 가스를 공급함으로써 정제 방법으로서 사용될 수 있다. 비활성화 방법으로서 사용될 때, 방법(400)은 작동(402)에서 시작할 수 있고 퍼지 가스 공급 밸브(110a) 및 퍼지 가스 차단 밸브(148a)는 제어기(200)에 의해 그 각각의 퍼지 가스 공급 밸브 액추에이터(110b) 및 퍼지 가스 차단 밸브 액추에이터(148b)에 의해 개방된다. 제어기(200)는 퍼지 가스 공급 매니폴드(156) 및/또는 연료 가스 공급 매니폴드(158) 내의 퍼지 가스의 압력을 모니터링할 수 있다. 정제 방법으로서 사용되는 경우, 작동(402)은 연료 공급 시스템(100)에 연료 가스를 공급하도록 개방되는 연료 가스 공급 차단 밸브(104)로 진행될 수 있다. 제어기(200)는 연료 가스 공급 압력 송신기(116)에 의해 보고된 압력을 모니터링할 수 있다. 방법은 가스의 압력이 안정화될 때까지 다른 작동으로의 진행을 일시 중지할 수 있다. 압력 안정성은 시간에 따른 압력 변화율에 의해 측정될 수 있다. 예를 들어, 압력 변화가 분당 약 50-100 mbar 미만일 때, 제어기(200)는, 예컨대 방법에서 나중에 사용하기 위해 메모리 구성요소(206)에서 시스템이 안정화되는 압력 값을 기록할 수 있다.
비활성화/정제 방법(400)은 작동(404)으로 진행하고 제어기(200)는 연료 공급 시스템(100)의 압력을 미리 결정된 시간 동안 유지한다. 많은 구현예에서, 압력은 약 10초 동안 유지될 수 있지만, 압력은 더 짧은 시간(예를 들어, 1초, 5초 등) 또는 더 긴 시간(예를 들어, 15초, 20초, 30초, 1분 이상) 동안 유지될 수 있다.
비활성화/정제 방법(400)은 작동(406)으로 진행하고 제어기(200)는 작동(404)에서와 같이 압력이 시스템에서 유지되는 동안 연료 공급 시스템(100)의 압력을 모니터링한다. 압력이 임계값 미만으로 강하되면, 비활성화/정제 방법(400)은 작동(408)으로 진행하고 경보를 발령하고 및/또는 다른 적절한 조치를 취한다. 작동(408)은 아래에서 더 설명될 것이다. 임계값은 작동(402)에서 메모리 구성요소(206)에 기록된 압력에 대한 변화로서 측정될 수 있다. 예를 들어, 압력이 안정한 압력으로부터 약 350-mbar 초과하여 강하되면, 비활성화/정제 방법(400)은 작동(408)으로 진행한다. 약 30-mbar, 70-mbar, 700-mbar, 1.5-bar, 3.4-bar, 7-bar 또는 그 이상과 같은 다른 적절한 압력 강하가 측정될 수 있고 그 결과 작동(408)에 의해 경보가 발령될 수 있다. 일부 구현예에서, 압력 강하는 작동(402)에서 측정된 압력의 백분율로서 측정될 수 있다. 예를 들어, 압력이 작동(402)에서 측정된 압력의 약 1%, 2%, 5%, 10% 또는 그 이상의 압력만큼 강하되면, 경보가 발령될 수 있다. 일부 구현예에서, 비활성화/정제 방법(400)은 연료 공급 시스템(100)의 압력이 약 1-bar 미만 내지 약 10 bar와 같은 절대값 미만으로 강하되면 작동(408)으로 진행한다. 예를 들어, 비활성화/정제 방법(400)은 연료 공급 시스템(100)의 압력이 약 5.5-bar 미만으로 강하되면 작동(1408)으로 진행할 수 있다. 작동(404)에서 미리 결정된 시간이 경과하고 연료 공급 시스템(100)의 압력이 임계값 미만으로 강하되지 않은 경우, 비활성화/정제 방법(400)은 작동(410)으로 진행한다.
작동(410)에서, 제어기(200)는 연료 가스 공급 매니폴드(158), 연료 가스 공급원(102), 및/또는 연료 가스 저장 용기(166)를 배기할 수 있다. 예를 들어, 제어기(200)는 연료 가스 벤트 밸브 액추에이터(126b) 및/또는 밸브(189a)를 통해 연료 가스 벤트 밸브(126a)를 개방할 수 있다. 예를 들어, 밸브(189a)는 연료 저장 용기 차단 밸브(176a)를 통해 연료 가스 저장 용기(166)를 배기하는 데 사용될 수 있다. 퍼지 가스 및/또는 연료 가스는 화살표(162)에 의해 나타낸 바와 같이 연료 공급 시스템(100)으로부터 퍼지 가스 벤트 매니폴드(154b)를 통해 벤트 마스트로 빠져나갈 수 있다.
작동(410)은, 예컨대 비상 상황에서 연료 가스 공급원(102) 및/또는 연료 가스 저장 용기(166)를 배기하는 것과 같이 방법(400)과 독립적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 연료 가스 공급원(102)은 밸브(126a)를 개방함으로써 배기될 수 있다. 연료 가스 저장 용기(166)는 밸브(189a)를 개방함으로써 배기될 수 있다. 이러한 배기는, 예컨대 가요성 호스 연결을 사용함으로써 각각의 용기로부터 멀리 원격 거리에 있는 연료 가스 공급원(102) 및/또는 연료 가스 저장 용기(166)를 배기하는 데 사용될 수 있다. 비활성화/정제 방법(400)은 연료 가스 공급원(102) 및/또는 연료 가스 저장 용기(166)를 비활성화하는 데 사용될 수 있다. 이러한 배기는 연료 가스 공급원(102) 및/또는 연료 가스 저장 용기(166)가 손상된 경우에 유리할 수 있다.
비활성화/정제 방법(400)은 작동(414) 및 작동(416)으로 진행하고 제어기(200)는, 예컨대 (예를 들어, 고압 구역(170)의 압력을 측정하기 위해) 연료 가스 공급 압력 송신기(116) 및/또는 (예를 들어, 중압 구역(168)의 압력을 측정하기 위해) 연료 가스 제1 스테이지 압력 송신기(136)를 통해 연료 공급 시스템(100)의 압력을 모니터링한다. 작동(416)에서, 제어기(200)는 연료 가스 공급 매니폴드(158)의 압력을 임계값과 비교하여 연료 가스 공급 매니폴드(158)가 충분히 배기되었는 지를 결정한다. 제어기(200)는 고압 구역(170) 및/또는 중압 구역(168) 중 하나 또는 양자 모두를 모니터링할 수 있다. 압력이 임계값 미만이 아닌 경우, 비활성화/정제 방법(400)은 작동(414)으로 복귀하여 연료 가스 공급 매니폴드(158)의 압력을 계속 모니터링할 수 있다. 임계값은 약 30-mbar, 70-mbar, 700-mbar, 1.5-bar, 3.4-bar, 7-bar과 같이 주변 압력에 가까울 수 있다. 다른 적절한 더 낮거나 더 높은 압력이 사용될 수 있다. 연료 가스 공급 매니폴드(158)의 압력이 임계값 미만으로 감소하면, 비활성화/정제 방법(400)은 작동(418)으로 진행한다.
작동(418)에서, 비활성화/정제 방법(400)은 카운터를 증가시킬 수 있다. 카운터의 값은 메모리 구성요소(206)에 저장될 수 있다. 카운터는 비활성화/정제 방법(400)이 작동(402)-작동(416)을 수행한 횟수를 나타내는 정수 값일 수 있다.
비활성화/정제 방법(400)은 작동(420)으로 진행하고 비활성화/정제 방법(400)은 카운터를 임계값과 비교한다. 카운터가 임계값을 초과하지 않는 경우, 비활성화/정제 방법(400)은 작동(402)으로 복귀할 수 있다. 카운터가 임계값을 충족하거나 초과하는 경우, 비활성화/정제 방법(400)은 작동(412)으로 진행한다. 카운터 임계값은 연료 공급 시스템(100)의 공기 또는 다른 오염물의 농도가 만족스러운 레벨로 감소되었음을 보장하도록 설정되거나 결정될 수 있다. 사이클 임계값은 연료 가스 저장 용기(166) 내의 연료 가스의 원하는 순도에 기초할 수 있다. 예를 들어, 사이클 임계값은 연료 가스 공급원(102)의 체적 및 압력, 연료 가스 저장 용기(166)의 체적, 퍼지 가스 조절기(142)의 설정 압력, 및 연료 가스 저장 용기(166)에서 원하는 순도(예를 들어, 99.99% 이상)를 달성하는 퍼지 사이클의 수에 기초할 수 있다.
많은 구현예에서, 카운터 임계값은 3일 수 있다. 원하는 대로 다른 임계값을 사용할 수 있으며, 예를 들어 카운터 임계값은 1, 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 심지어 10일 수 있다. 각각의 사이클에서, 오염물(예를 들어, 공기) 및/또는 잔류 연료 가스(예를 들어, 수소)의 농도는 퍼지 가스의 농도에 비해 감소된다. 작동(412)에서, 제어기(200)는 퍼지 가스 공급원(144) 및/또는 연료 가스 공급원(102)을 격리시킬 수 있다. 예를 들어, 제어기(200)는 퍼지 가스 차단 밸브 액추에이터(148b) 또는 연료 가스 차단 밸브(104)를 통해 퍼지 가스 차단 밸브(148a)를 폐쇄할 수 있다. 퍼지 가스 벤트 밸브(108a)는 퍼지 가스 벤트 밸브 액추에이터(108b)를 통해 단시간(예를 들어, 약 2초) 동안 개방된 다음 폐쇄될 수 있다. 퍼지 가스 벤트 밸브(108a)는 밸브(110a)가, 예컨대 블록 앤 블리드 배열에서 폐쇄될 때마다 개방된 상태를 유지할 수 있다. 이러한 배열은 고압 연료 가스로 연료 공급하는 동안 체크 밸브(112)가 고장나고 밸브(110a)가 역류를 중지하지 못하는 경우에 연료 공급 시스템(100)의 안전성을 개선시킬 수 있다. 연료 가스 벤트 밸브(126a), 퍼지 가스 차단 밸브(148a), 퍼지 가스 벤트 밸브(108a), 및 퍼지 가스 공급 밸브(110a)는 모두 각각의 액추에이터를 통해 제어기(200)에 의해 폐쇄될 수 있다.
작동(408)에서, 제어기(200)는 퍼지 가스 차단 밸브(148a)를 폐쇄할 수 있고, 퍼지 가스 벤트 밸브(108a) 및 연료 가스 벤트 밸브(126a)를 개방하여 연료 공급 시스템(100)을 배기시킬 수 있다. 제어기(200)는 연료 공급 시스템(100)의 누설을 사용자에게 통지하기 위해 경고 또는 경보를 발령할 수 있다. 경보는 디스플레이(204) 상의 표시, 비콘 등과 같은 시각적 경보일 수 있다. 경보는 추가로 또는 대안적으로 벨, 버저 등과 같은 청각적 경보일 수 있다. 경보는 또한 이메일, 텍스트 메시지 또는 네트워크 인터페이스(208)를 통해 사용자에게 송신되는 다른 적절한 메시지와 같은 전자 메시지일 수 있다. 비활성화/정제 방법(400)은 작동(408)으로부터 작동(412)으로 진행한다.
일부 구현예에서, 작동(400)에서, 매니폴드(158)는 진공 소스에 연결될 수 있고 매니폴드 내의 가스의 상당한 부분이 그로부터 제거될 수 있다. 이러한 구현예에서, 작동(410)에서, 가스(예를 들어, 퍼지 가스 또는 연료 가스)가 매니폴드(158)에 도입될 수 있다. 방법(400)은, 예컨대 작동(406 및 416)에서 적절한 압력 임계값을 모니터링하고 방법을 1회 이상 반복함으로써 달리 설명된 바와 같이 진행할 수 있다.
일부 구현예에서, 비활성화/정제 방법(400)은 수소화물과 같은 고상 저장 매체를 활성화하는 데 적합할 수 있다. 일부 수소화물의 경우, 제조 중에 금속 수소화물의 반응성 물질에 산화물 층이 형성된다. 그러나, 수소화물은 산화물 층이 제거될 때까지 사용될 수 없다. 산화물 층을 제거하는 것은 수소화물을 환원 환경에 노출시킴으로써, 예컨대 수소화물을 약 70 bar의 압력 및 약 80℃의 온도에서 수소에 노출시킴으로써 수행될 수 있다. 이 프로세스는 흔히 활성화라고 지칭된다. 일단 활성화되면, 수소화물은, 예컨대 연료 가스 저장 용기(166)에서 수소 저장을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 작동(402)에서, 비활성화/정제 방법(400)은 수소화물로부터 공기를 퍼지하기 위해 전술한 바와 같이 퍼지 가스와 함께 사용될 수 있다. 비활성화/정제 방법(400)은 작동(403)에서 연료 가스(즉, 수소)를 공급하기 위해 비활성화한 후에 적응 및 사용될 수 있다. 작동(404)에서, 수소의 압력 및/또는 유량은 수소화물에서 수소의 흡수 개시를 위해 모니터링될 수 있다. 수소의 압력 및/또는 유량은, 예컨대 온도가 임계값을 초과하는 것을 방지하기 위해 수소화물의 온도에 기초하여 조절될 수 있다. 연료 가스 저장 용기(166) 내의 수소의 압력은 압력이 일정 레벨(예를 들어, 약 70-bar)에서 안정화될 때까지 증가될 수 있다. 연료 가스 저장 용기(166)는 전술한 바와 같이 작동(410, 414, 416 및 418)에서와 같이 배기될 수 있다. 연료 가스 저장 용기(166)는 카운터 임계값이 작동(420)에서 초과될 때까지 여러 번(예를 들어, 3회, 4회 이상 사이클) 수소 충전 사이클에 노출될 수 있다.
도 5는 누설에 대해 연료 공급 시스템(100)을 체크하기에 적절한 누설 체크 방법(500)의 예를 예시한다. 일부 구현예에서, 누설 체크 방법(500)은 비활성화/정제 방법(400) 대신에 오염물이 누설 체크 방법(500)에 의해 시스템으로부터 퍼지되도록 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 누설 체크 방법(500)은 생략될 수 있다. 작동(404-408)에서 설명된 바와 같이 퍼지 가스를 먼저 사용하고 이 누설 체크 방법(500)에서 설명된 바와 같이 연료 가스를 다시 사용하여 연료 공급 시스템(100)의 누설을 체크하는 것이 유리할 수 있다. 연료 가스는 퍼지 가스와 상이한 누설 또는 확산 특성을 가질 수 있으며, 연료 가스를 사용한 누설 체크는 퍼지 가스를 사용한 누설 체크가 할 수 없는 누설을 발견할 수 있다. 예를 들어, 퍼지 가스가 질소이고 연료 가스가 수소인 경우, 피팅, 밀봉부, 파이프 커플링, 나사부 등을 통해 수소가 누설될 수 있지만 질소는 누설되지 않을 수 있다. 수소(H2)는 질소(N2)보다 훨씬 작은 분자이며 질소가 할 수 없는 방식으로 봉쇄로부터 빠져나갈 수 있다. 또한, 연료 가스는 퍼지 가스보다 훨씬 높은 압력으로 공급될 수 있다. 예를 들어, 퍼지 가스는 약 5-15-bar에서 공급될 수 있는 반면, 연료 가스는 최대 약 700-bar까지의 공칭 압력에서 공급될 수 있다. 고압 가스는 저압 가스보다 연료 공급 시스템(100)으로부터 누설되는 경향이 더 크다.
누설 체크 방법(500)은 작동(502)에서 시작될 수 있고 연료 가스가 연료 공급 시스템(100)에 공급된다. 연료 가스는 가스 공급원(102)의 압력으로 공급될 수 있다. 예를 들어, 연료 가스는 1-bar, 10-bar, 100-bar, 200-bar, 300-bar, 350-bar, 400-bar, 500-bar, 700-bar 또는 그 이상의 압력으로 공급될 수 있다. 제어기(200)는 연료 가스 공급 차단 밸브(106)를 개방할 수 있다.
누설 체크 방법(500)은 작동(504) 및 작동(506)으로 진행한다. 작동(504)에서, 제어기(200)는 연료 가스 공급 매니폴드(158)의 연료 가스 압력을 모니터링할 수 있다. 예를 들어, 제어기(200)는 연료 가스 공급 압력 송신기(116)에 의해 보고된 압력을 모니터링할 수 있다. 누설 체크 방법(500)은 작동(506)으로 진행하고 제어기(200)는 연료 공급 시스템(100)의 압력을 임계값과 비교한다. 압력이 안정적이지 않은 경우(예를 들어, 임계값 초과의 시간 변화율을 나타내는 경우), 누설 체크 방법(500)은 작동(504)으로 복귀할 수 있고 제어기(200)는 연료 공급 시스템(100)의 압력을 계속 모니터링한다. 압력 안정성은 압력의 시간 변화율, 및/또는 절대 압력 값의 달성에 의해 측정될 수 있다. 제어기(200)는, 예컨대 방법에서 나중에 사용하기 위해 메모리 구성요소(206)에서 시스템이 안정화되는 압력 값을 기록할 수 있다. 예를 들어, 압력 변화가 분당 약 1-5 bar의 임계값 미만인 경우, 누설 체크 방법(500)은 작동(508)으로 진행한다.
작동(508)에서, 제어기(200)는 연료 가스 공급원(102)을 격리시킨다. 제어기(200)는 연료 가스 공급 차단 밸브(106)를 폐쇄할 수 있다.
누설 체크 방법(500)은 작동(510)으로 진행하고, 제어기(200)는 압력을 모니터링하면서 연료 공급 시스템(100)의 압력을 미리 결정된 시간 동안 유지한다. 많은 구현예에서, 압력은 약 10초 동안 유지될 수 있지만, 압력은 더 짧은 시간(예를 들어, 1초, 5초 등) 또는 더 긴 시간(예를 들어, 15초, 20초, 30초, 1분 이상) 동안 유지될 수 있다.
누설 체크 방법(500)은 작동(512)으로 진행하고 제어기(200)는 작동(510)에서와 같이 연료 공급 시스템(100)에 압력이 유지되는 동안 연료 공급 시스템의 압력을 모니터링한다. 제어기(200)는 고압 구역 및/또는 중압 구역(168) 중 하나 또는 양자 모두를 모니터링할 수 있다. 압력이 임계값 미만으로 강하되면, 누설 체크 방법(500)은 작동(514)으로 진행하고 경보를 발령하고 및/또는 다른 적절한 조치를 취한다. 작동(514)은 아래에서 더 설명될 것이다. 임계값은 작동(506)에서 메모리 구성요소(206)에 기록된 압력에 대한 변화로서 측정될 수 있다. 예를 들어, 압력이 안정한 압력 미만의 임계값보다 더 많이 강하되면, 누설 체크 방법(500)은 작동(514)으로 진행한다. 예시적인 임계값은 작동(406)과 관련하여 설명된 것과 유사할 수 있고 간결함을 위해 반복되지 않는다. 일부 구현예에서, 누설 체크 방법(500)은 연료 공급 시스템(100)의 압력이 절대값 미만으로 강하되면 작동(514)으로 진행한다. 작동(510)에서 미리 결정된 시간이 경과하고 연료 공급 시스템(100)의 압력이 임계값 미만으로 강하되지 않은 경우, 누설 체크 방법(500)은 화살표(518)에 의해 나타낸 바와 같이 파일럿 서브시스템 충전 방법(600)으로 진행한다. 임의로, 예컨대 파일럿 서브시스템(182)이 사용되지 않는 경우, 방법(600)은 충전 방법(700)으로 진행할 수 있다.
일부 구현예에서, 작동(510 및 512)은 폐쇄된 밸브 하류의 연료 공급 시스템의 압력을 모니터링하고 압력이 임계값을 초과하여 상승하는 지의 여부를 결정할 수 있다. 이러한 압력 상승은 밸브를 통한 누설을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 연료 가스는 고압 구역(170)으로 유동되고, 예컨대 122에 의해 더 낮은 압력으로 강하되고, 중압 구역(168)으로 유동될 수 있다. 연료 가스의 유동은, 예컨대 액추에이터(132b)에 의해 연료 가스 차단 밸브(132a)를 폐쇄함으로써 저지될 수 있다. 연료 가스 차단 밸브(132a)의 하류 압력은, 예컨대 연료 가스 제1 스테이지 압력 송신기(136)에 의해 모니터링될 수 있다. 연료 가스 차단 밸브(132a)가 폐쇄 상태에 있을 때 압력 송신기(136)에 의해 검출된 연료 가스의 압력 상승은 연료 가스 차단 밸브(132a)가 누설되고 있음을 나타낼 수 있다. 이러한 누설이 검출되면 경보가 발령될 수 있다.
작동(514)은 작동(408)과 관련하여 설명된 바와 같이 경보를 발령할 수 있다. 작동(514)에 의해 발령된 경보의 양태는 작동(408)에 의해 발령된 것과 상이할 수 있다. 예를 들어, 방법들은 상이한 오류 메시지, 시각적 표시기, 오디오 표시기 등으로 경보를 발령할 수 있다. 작동(514)에서 경보를 발령한 후, 누설 체크 방법(500)은 화살표(516)에 의해 나타낸 바와 같이 충전 후 비활성화 방법(800)으로 진행하고, 아래에 설명되는 바와 같이, 퍼지 가스로 연료 공급 시스템(100)을 비활성화시킨다. 시스템을 비활성화시키는 것은 연료 가스가 없을 때 시스템(100)의 안전한 수리를 가능하게 하는 데 유리할 수 있다.
도 6은 파일럿 서브시스템 충전 방법(600)의 예를 예시한다. 전술한 바와 같이, 파일럿 서브시스템(182)은 화재 시에 연료 가스 저장 용기(166)를 안전하게 배기시키도록 작동할 수 있다. 화재 시에 연료 가스 저장 용기(166)로부터 연료 가스를 배기하는 것은 특정한 안전 이점을 가질 수 있다. 예를 들어, 화재가 검출되면, 연료 가스 저장 용기(166) 내의 연료 가스는 연료 가스 저장 용기(166)로부터 벤트 스택 또는 화재로부터 떨어진 다른 원격 위치로 지향될 수 있다. 이는 일반적으로 연료 가스 저장 용기(166)에 연료 가스를 수용하고 연료 가스 저장 용기(166)가 파열 또는 누설되는 경우 연료 가스가 빠져나가면 연료 가스 저장 용기(166)를 손상시키고 폭발로 이어지는 화재 위험에 직면하는 것보다 바람직하다.
파일럿 서브시스템 충전 방법(600)은 작동(602)에서 시작할 수 있고 제어기(200)는 파일럿 서브시스템(182)을 연료 가스 공급 매니폴드(158)에 연결한다. 예를 들어, 제어기(200)는 파일럿 서브시스템 차단 밸브 액추에이터(146b)를 통해 파일럿 서브시스템 차단 밸브(146a)를 개방할 수 있다. 파일럿 서브시스템 차단 밸브(146a)가 개방될 때, 연료 가스는 밸브를 통해 유동할 수 있고 파일럿 가스 스로틀(184)에 의해 스로틀링될 수 있다.
파일럿 서브시스템 충전 방법(600)은 작동(604)으로 진행하고 연료 가스는 연료 공급 시스템(100)에 공급된다. 예를 들어, 제어기(200)는 연료 가스가 가스 공급원(102)로부터 연료 공급 시스템(100)으로 유동하게 하도록 연료 가스 공급 차단 밸브(106)를 개방할 수 있다. 연료 가스 차단 밸브(132a), 연료 가스 저장 격리 밸브(180a), 및 파일럿 서브시스템 차단 밸브(146a)는 제어기(200)에 의해 개방되어, 연료 가스가 파일럿 서브시스템(182)으로 유동하게 할 수 있다.
파일럿 서브시스템 충전 방법(600)은 작동(606) 및 작동(608)으로 진행한다. 작동(606)에서, 제어기(200)는 연료 가스 공급 매니폴드(158) 및/또는 파일럿 서브시스템(182)에서 연료 가스의 압력을 모니터링할 수 있다. 제어기(200)는 고압 구역(170) 및/또는 중압 구역(168) 중 하나 또는 양자 모두를 모니터링할 수 있다. 예를 들어, 제어기(200)는 연료 가스 공급 압력 송신기(116), 연료 가스 제1 스테이지 압력 송신기(136), 및/또는 저장 압력 송신기(174)에 의해 보고되는 연료 가스 공급 매니폴드(158)의 압력을 모니터링할 수 있다. 제어기(200)는 연료 가스 공급 압력 송신기(118)를 통해 파일럿 서브시스템(182)의 압력을 모니터링할 수 있다.
파일럿 서브시스템 충전 방법(600)은 작동(608)으로 진행하고 제어기(200)는 연료 가스 공급 매니폴드(158) 내의 압력을 가스 공급원(102) 내의 압력과 비교한다. 작동(608)에서 제어기(200)는 파일럿 서브시스템(182)의 압력을 연료 가스 조절기, 즉 제1 스테이지(122)의 설정점과 비교한다. 연료 가스 조절기, 즉 제1 스테이지(122)의 설정점은, 예컨대 연료 가스 조절기, 즉 제1 스테이지(122)가 자동 압력 제어 밸브(예를 들어, I/P)인 경우와 같이 제어기(200)에 의해 설정될 수 있다. 일부 구현예에서, 연료 가스 조절기(제1 스테이지)(122)의 설정점은 메모리 구성요소(206)에 저장된 미리 결정된 값일 수 있다. 연료 가스 공급 매니폴드(158) 및/또는 파일럿 서브시스템(182)에서 압력이 안정적이지 않은 경우(예를 들어, 임계값 초과의 시간 변화율을 나타내는 경우), 파일럿 서브시스템 충전 방법(600)은 작동(606)으로 복귀할 수 있고 제어기(200)는 연료 가스 공급 매니폴드(158) 및 파일럿 서브시스템(182)의 압력을 계속 모니터링한다. 압력 안정성은 압력의 시간 변화율, 가스 공급원(102) 압력과 연료 가스 공급 매니폴드(158) 압력 사이의 차이, 연료 가스 조절기(제1 스테이지)(122) 설정점과 파일럿 서브시스템(182) 압력 사이의 차이, 및/또는 절대 압력 값의 달성에 의해 측정될 수 있다. 제어기(200)는, 예컨대 방법에서 나중에 사용하기 위해 메모리 구성요소(206)에서 시스템이 안정화되는 압력 값을 기록할 수 있다. 예를 들어, 가스 공급원(102)과 연료 가스 공급 매니폴드(158) 사이의 차압 및/또는 연료 가스 조절기(제1 스테이지)(122) 설정점과 파일럿 서브시스템(182) 압력 사이의 차압이 약 1 bar 미만인 경우, 파일럿 서브시스템 충전 방법(600)은 작동(610)으로 진행한다.
작동(610)에서, 제어기(200)는 파일럿 서브시스템(182)을 격리시킨다. 예를 들어, 제어기(200)는 파일럿 서브시스템 차단 밸브 액추에이터(146b)를 통해 파일럿 서브시스템 차단 밸브(146a)를 폐쇄할 수 있다.
도 7은 충전 방법(700)의 예를 예시한다. 충전 방법(700)은 작동(702)에서 시작할 수 있고 제어기(200)는 수행될 충전 유형을 수신한다. 예를 들어, 제어기(200)의 I/O 인터페이스(212)는 충전이 최종 충전 압력 유형의 충전이어야 하는 지 또는 온도-보상 충전이어야 하는 지의 여부를 선택하도록 사용자에게 프롬프트할 수 있다. 일부 예에서, 사용자는 연료 가스의 체적, 압력 및/또는 유형과 같은 연료 가스 공급원(102)에 대한 정보를 입력하도록 프롬프트될 수 있다. 최종 충전 압력 유형의 충전에서, 하나 이상의 연료 가스 저장 용기(166)에 대한 목표 충전 압력이 수신될 수 있다. 온도-보상 충전에서, 제어기(200)는, 예컨대 연료 가스 저장 온도 송신기(178)를 통해 하나 이상의 연료 가스 저장 용기(166)의 온도를 모니터링할 수 있다. 시스템은 또한 (예를 들어, 송신기(118)를 통해) 파일럿 서브시스템(182) 압력을 모니터링하고 목표 압력보다 더 낮은 경우 송신기(118)에 의해 측정된 압력으로 설정점을 감소시킬 수 있다.
충전 방법(700)은 작동(704)으로 진행하고 제어기(200)는 충전 압력 설정점을 결정한다. 최종 충전 압력 유형의 충전에서, 충전 압력 설정점은 I/O 인터페이스(212)로부터 수신될 수 있고 및/또는 메모리 구성요소(206)로부터 검색될 수 있다. 온도-보상 충전에서, 충전 압력 설정점은 연료 가스 저장 용기(166)의 초기 압력 및/또는 온도(저장 압력 송신기(174) 및/또는 연료 가스 저장 온도 송신기(178)에 의해 측정된 것과 같은), 가스 공급원(102)의 압력, 및/또는 원하는 충전 압력 중 하나 이상에 기초하여 결정될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 충전 압력 설정점은 압력 용기 근방의 주위 온도와 같은 주위 온도에 기초하여 결정될 수 있다. 하나의 예에서, 충전 압력 설정점은 충전 압력 설정점을 압력 용기 내의 초기(충전 프로세스를 시작하기 전) 압력 및 초기 주위 온도와 관련시키는 수학식에 기초하여 결정될 수 있다. 이러한 수학식의 일 예를 아래 수학식 1에 나타낸다.
[수학식 1]
P2 = a + b * T + c * P1 + d * T * P1
여기서: P2는 충전 압력 설정점
P1은 압력 용기의 초기 압력
T는 초기 주위 온도
a,b,c 및 d는 상수
하나의 예에서, 상수는 a=3764.337, b=1.666, c=-0.152, d=0.00114이다.
충전 방법(700)은 작동(706)으로 진행하고 연료 가스는 연료 가스 저장 용기(166)에 공급된다. 예를 들어, 제어기(200)는 연료 가스 차단 밸브(132a)를 개방할 수 있다.
충전 방법(700)은 실질적으로 동시에 작동(714) 및 작동(708)으로 진행하고, 즉, 작동(714) 및 작동(708)과, 이들을 뒤따르는 작동은 임의의 순서로 병렬로 또는 직렬로 빠르게 차례로 실행될 수 있다.
작동(714)에서, 제어기(200)는 연료 가스 저장 온도 송신기(178)를 통해 연료 가스 저장 용기(166)의 온도를 모니터링한다. 충전 방법(700)은 작동(716)으로 진행하고 온도를 제1 임계값과 비교한다. 많은 구현예에서, 제1 임계값은 약 75℃일 수 있다. 충전 방법(700)은 작동(720)으로 진행할 수 있고 연료 가스 저장 용기(166)의 온도는 제2 임계값과 비교된다. 많은 구현예에서, 제2 임계값은 약 85℃일 수 있다. 제1 또는 제2 임계값 중 어느 하나는 사용되는 연료 가스 저장 용기(166)의 유형에 기초할 수 있다. 예를 들어, 75℃ 및 85℃ 임계값은 폴리머 라이너가 있는 유형 IV 탱크에 적합할 수 있는 반면, 더 높은 임계값은 금속 라이너가 있는 유형 III 탱크, 또는 복합재 오버랩이 없고 일반적으로 유형 III 또는 IV 탱크보다 더 나은 열 전달 특성을 갖는 유형 I 금속 탱크에 적합할 수 있다.
작동(716)에서 온도가 제1 임계값을 초과하면, 충전 방법(700)은 작동(718)으로 진행할 수 있고 제어기(200)는 작동(408) 및/또는 작동(514)에 대해 전술한 바와 같이 경보를 발령할 수 있다. 700은 작동(714)으로 복귀하여 온도를 계속 모니터링할 수 있다.
작동(720)에서 온도가 제2 임계값을 초과하면, 충전 방법(700)은 작동(722)으로 진행하여 충전 방법(700)을 중단할 수 있다. 작동(722)에서, 제어기(200)는 작동(408), 작동(514), 및/또는 작동(718)과 관련하여 전술한 바와 같이 경보를 발령할 수 있다. 작동(722)에서, 제어기(200)는 연료 가스 공급 차단 밸브(106), 연료 가스 차단 밸브(132a), 연료 가스 저장 격리 밸브(180a), 및/또는 연료 저장 용기 차단 밸브(176a)를 폐쇄하는 것과 같은 추가 조치를 취할 수 있다. 제어기(200)는 온도가 제1 임계값 또는 제2 임계값 미만의 레벨로 복귀될 때까지 충전 방법(700)의 실행을 재활성화하지 않을 수 있다.
작동(708)에서, 제어기(200)는 저장 압력 송신기(174)와 같은 압력 송신기를 통해 연료 가스 저장 용기(166) 내의 압력을 모니터링한다. 충전 방법(700)은 작동(710)으로 진행하고 제어기(200)는 연료 가스 저장 용기(166) 내의 압력을 작동(704)에서 결정된 충전 설정점과 비교한다. 연료 가스 저장 용기(166) 압력이 임의로 약 +/-5%의 합리적인 데드밴드 내에서 설정점에 도달하는 경우, 충전 방법(700)은 작동(712)으로 진행하고 연료 가스를 격리한다. 둘 이상의 연료 가스 저장 용기가 사용되는 경우, 각각의 용기에는 센서(예컨대, 압력 센서(174))가 장착될 수 있다. 이러한 구현예에서, 별개의 연료 가스 저장 용기는 불균일하게 충전될 수 있고(예를 들어, 상이한 초기 압력, 저장 용기에 이르는 도관에서의 상이한 압력 강하 등으로 인해), 임의의 연료 가스 저장 용기가 설정점에 도달하는 경우, 충전 방법(700)은 어떠한 저장 용기도 설정점을 초과하지 않도록 작동(712)으로 진행한다.
작동(712)에서, 제어기(200)는 연료 가스 차단 밸브(132a)를 폐쇄하고, 또한 연료 가스 저장 격리 밸브(180a), 연료 저장 용기 차단 밸브(176a), 및/또는 연료 가스 공급 차단 밸브(106)를 폐쇄할 수 있다.
도 8은, 예컨대 충전 방법(700)을 실행한 후 연료 공급 시스템(100)으로부터 연료 가스를 퍼지하기에 적절한 충전 후 비활성화 방법(800)의 예를 예시한다. 충전 후 비활성화 방법(800)은, 예컨대 충전 방법(700)에서 연료 공급 시스템(100)을 충전한 후에 연료 공급 시스템(100)을 비활성화하는 데 적합할 수 있다. 충전 후 비활성화 방법(800)은 작동(802)에서 시작할 수 있다. 작동(802)에서, 가스 공급원(102)은 연료 공급 시스템(100)으로부터 격리된다. 예를 들어, 제어기(200)는 연료 가스 차단 밸브(132a), 연료 가스 저장 격리 밸브(180a), 연료 저장 용기 차단 밸브(176a), 및/또는 연료 가스 공급 차단 밸브(106)를 폐쇄할 수 있다.
충전 후 비활성화 방법(800)은 작동(804)으로 진행할 수 있고 제어기(200)는 연료 가스 공급 매니폴드(158)를 배기시킨다. 작동(804)에서, 제어기(200)는, 예컨대 연료 가스 벤트 밸브 액추에이터(126b)를 통해 연료 가스 벤트 밸브(126a)를 및/또는 예컨대 액추에이터(110b)를 통해 퍼지 가스 공급 밸브(110a)를 개방할 수 있다.
충전 후 비활성화 방법(800)은 전술한 작동(414) 및 작동(416)과 실질적으로 유사할 수 있는 작동(806) 및 작동(808)으로 진행하고, 간결함을 위해 더 이상의 설명은 생략된다.
충전 후 비활성화 방법(800)은 작동(810)으로 진행하고 퍼지 가스가 연료 공급 시스템(100)에 공급된다. 작동(810)은 전술한 작동(402)과 실질적으로 유사할 수 있으며, 간결함을 위해 더 이상의 설명은 생략된다.
충전 후 비활성화 방법(800)은 작동(812) 및 작동(814)으로 진행한다. 작동(812)에서, 제어기(200)는 연료 가스 공급 매니폴드(158) 내의 퍼지 가스의 압력을 모니터링할 수 있다. 예를 들어, 제어기(200)는 연료 가스 공급 압력 송신기(116)에 의해 보고된 압력을 모니터링할 수 있다. 충전 후 비활성화 방법(800)은 작동(814)으로 진행하고 제어기(200)는 연료 가스 공급 매니폴드(158) 내의 압력을 임계값과 비교한다. 압력이 안정적이지 않은 경우(예를 들어, 임계값 초과의 시간 변화율을 나타내는 경우), 충전 후 비활성화 방법(800)은 작동(812)으로 복귀할 수 있고 제어기(200)는 연료 가스 공급 매니폴드(158)의 압력을 계속 모니터링한다. 압력 안정성은 압력의 시간 변화율, 및/또는 절대 압력 값의 달성에 의해 측정될 수 있다. 제어기(200)는 충전 후 비활성화 방법(800)에서 나중에 사용하기 위해, 예컨대 메모리 구성요소(206)에서 시스템이 안정화되는 압력 값을 기록할 수 있다. 예를 들어, 압력 변화가 분당 약 50-100 mbar의 임계값 미만일 때, 충전 후 비활성화 방법(800)은 작동(816)으로 진행하고 연료 가스 공급 매니폴드(158)는 배기된다.
작동(816)은 전술한 작동(804)과 실질적으로 유사할 수 있으며, 간결함을 위해 더 이상의 설명은 생략된다.
충전 후 비활성화 방법(800)은 전술한 작동(414) 및 작동(416) 및/또는 작동(806) 및 작동(808)과 실질적으로 유사할 수 있는 작동(818) 및 작동(820)으로 진행하고, 간결함을 위해 더 이상의 설명은 생략된다. 작동(806)/작동(808)과 작동(818)/작동(820)의 실행 사이에 연료 가스 공급 매니폴드(158)의 가스 조성 차이가 발생할 수 있다. 작동(806)/작동(808)에서, 연료 가스 공급 매니폴드(158)는 충전 방법(700)의 작동(704)에서 결정된 충전 압력 설정점과 같은 고압일 수 있는 연료 가스를 주로 수용할 수 있다. 작동(818)/작동(820)에서, 연료 가스 공급 매니폴드(158)의 가스 조성은 잔류 연료 가스와 퍼지 가스의 저압(예를 들어, 5-15 bar) 혼합물일 수 있다.
충전 후 비활성화 방법(800)은 연료 가스 공급 매니폴드(158) 내의 압력이 임계값 미만으로 강하된 경우 작동(820)으로부터 진행될 수 있고, 제어기(200)는 작동(822) 및 작동(824)에서 카운터를 증가시킨다. 작동(822) 및 작동(824)은 각각 전술된 작동(418) 및 작동(420)과 실질적으로 유사할 수 있고, 간결함을 위해 더 이상의 설명은 생략된다. 충전 후 비활성화 방법(800)은 연료 가스 공급 매니폴드(158)로부터 잔류 연료 가스를 충분히 퍼지하기 위해 작동(810) 내지 작동(824)을 반복적으로 반복할 수 있다.
충전 후 비활성화 방법(800)은, 연료 가스 공급 매니폴드(158) 내의 연료 가스의 농도를 대기 중으로 누설되는 경우 가연성이 되는 한계 미만(즉, 하한 가연성 한계 미만)으로 감소시키기 위해 충분한 횟수의 퍼지 사이클이 실행된 후 작동(826)으로 진행한다. 작동(826)에서, 연료 가스 공급 매니폴드(158)는 작동(816)에서 전술한 바와 같이 배기된다. 연료 가스 매니폴드를 배기하는 것은 연료 가스 공급 도관(152a)이 낮은(바람직하게는 대기에 가까운) 압력 및 연료 가스의 최소 농도(바람직하게는 하한 가연성 한계 미만)로 결합 해제될 수 있게 하여, 화재 또는 폭발로 기인한 위험을 감소시키는 이점을 갖는다.
본 명세서에 포함된 특정 실시예의 설명은 본질적으로 단지 예시일 뿐이며 본 개시내용 또는 그 용례 또는 용도의 범위를 제한하려는 의도는 결코 아니다. 본 시스템 및 방법의 실시예의 포함된 상세한 설명에서, 본 명세서의 일부를 형성하고 설명된 시스템 및 방법이 실시될 수 있는 실시예에 특정한 예시로서 도시된 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 본 기술 분야의 숙련자가 현재 개시된 시스템 및 방법을 실시할 수 있기에 충분히 상세히 설명되며, 다른 실시예가 이용될 수 있고, 구조적 및 논리적 변경이 본 개시내용의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 명료함을 위해, 특정 특징의 상세한 설명은 본 개시내용의 실시예의 설명을 모호하게 하지 않기 위해 본 기술 분야의 숙련자에게 명백할 때 설명되지 않을 것이다. 따라서, 포함된 상세한 설명은 제한적인 의미로 받아들여져서는 안 되며, 본 개시내용의 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정의된다.
전술한 것으로부터, 본 발명의 특정 실시예가 예시의 목적으로 본 명세서에 설명되었지만, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정이 이루어질 수 있음이 이해될 것이다.
본 명세서에 도시된 세부 사항은 예로서 본 발명의 바람직한 실시예의 예시적 설명만을 위한 것이며 본 발명의 다양한 실시예의 원리 및 개념적 양태에 대한 가장 유용하고 쉽게 이해되는 설명이라고 여겨지는 것을 제공하기 위해 제공된다. 이와 관련하여, 본 발명의 기본적인 이해에 필요한 것보다 더 상세하게 본 발명의 구조적 세부 사항을 나타내려는 시도는 하지 않으며, 도면 및/또는 예와 함께 취한 설명은 본 기술 분야의 숙련자에게 본 발명의 여러 형태가 실제로 구체화될 수 있는 방법을 명백하게 한다.
본 명세서에 사용될 때 그리고 달리 나타내지 않는 한, 용어 "a", "an" 및 "a number of"은 "하나", "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 의미하는 것으로 고려된다. 문맥상 달리 요구되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 단수 용어는 복수를 포함하고 복수 용어는 단수를 포함한다.
문맥상 명백히 달리 요구하지 않는 한, 설명 및 청구범위 전체에 걸쳐, "포함한다", "포함하는" 등의 단어는 배타적이거나 완전한 의미가 아니라 포괄적인 의미로; 즉 "포함하지만 이에 제한되지 않는"의 의미로 해석되어야 한다. 단수 또는 복수를 사용하는 단어는 또한 복수 및 단수를 각각 포함한다. 또한, "본 명세서에서", "위에서", 및 "아래에서"라는 단어 및 이와 유사한 의미를 지닌 단어는, 본 출원에서 사용될 때, 본 출원의 임의의 특정 부분이 아니라 전체적으로 본 출원을 지칭한다.
물론, 본 명세서에 설명된 예, 실시예 또는 프로세스 중 임의의 하나는 하나 이상의 다른 예, 실시예 및/또는 프로세스와 조합되거나 분리될 수 있고 및/또는 본 시스템, 디바이스 및 방법에 따라 별개의 디바이스 또는 디바이스 부분 사이에서 수행될 수 있음을 이해하여야 한다.
마지막으로, 위의 설명은 단지 본 시스템을 예시하기 위한 것이며 첨부된 청구범위를 임의의 특정 실시예 또는 실시예 그룹으로 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 따라서, 본 시스템은 예시적인 실시예를 참조하여 특히 상세히 설명되었지만, 다음에 오는 청구범위에 기재된 본 시스템의 더 넓고 의도된 사상 및 범위를 벗어나지 않고 본 기술 분야의 숙련자에 의해 수많은 수정 및 대안 실시예가 안출될 수 있음을 또한 이해하여야 한다. 따라서, 명세서 및 도면은 예시적인 방식으로 고려되어야 하며 첨부된 청구범위의 범주를 제한하도록 의도되지 않는다.

Claims (26)

  1. 연료 공급 시스템에 연료 가스를 공급하는 컴퓨터 구현 방법이며, 프로세서는 연료 공급 시스템의 다수의 밸브를 제어하고 가스 유동을 허용하거나 제한하여,
    연료 공급 시스템을 충전 전 비활성화하는 것 - 프로세서는 다수의 밸브를 제어하여,
    퍼지 가스 공급원을 연료 공급 시스템의 연료 가스 공급 매니폴드에 선택적으로 유동적으로 연결함으로써 퍼지 가스가 연료 가스 공급 매니폴드에 공급되게 하고;
    연료 가스 공급 매니폴드가 벤트 매니폴드에 선택적으로 유동적으로 연결되게 함 -;
    연료 공급 시스템을 누설 체크하는 것 - 프로세서는 다수의 밸브를 제어하여 연료 가스 공급원을 연료 가스 공급 매니폴드에 선택적으로 유동적으로 연결함으로써 연료 가스가 연료 가스 공급 매니폴드에 공급되게 함 -;
    연료 공급 시스템의 파일럿 서브시스템에 연료 가스를 충전하는 것 - 프로세서는 다수의 밸브를 제어하여 연료 가스 공급 매니폴드가 파일럿 서브시스템에 선택적으로 유동적으로 연결되게 함 -;
    연료 공급 시스템을 연료 가스로 충전하는 것 - 프로세서는 다수의 밸브를 제어하여 연료 가스 공급 매니폴드가 하나 이상의 연료 가스 저장 용기에 선택적으로 유동적으로 연결되게 하고 연료 가스를 연료 가스 공급원으로부터 연료 공급 시스템을 통해 하나 이상의 연료 가스 저장 용기로 유동시킴 -; 및
    연료 공급 시스템을 충전 후 비활성화하는 것 - 프로세서는 다수의 밸브를 제어하여 퍼지 가스 공급원이 연료 가스 공급 매니폴드에 선택적으로 유동적으로 연결되게 함 - 을 포함하는 작동을 수행하도록 구성되는, 컴퓨터 구현 방법.
  2. 제1항에 있어서, 충전 전 비활성화는,
    프로세서와 전기 통신하는 센서에 의해 연료 가스 공급 매니폴드 내의 퍼지 가스의 제1 압력을 모니터링하는 것;
    제1 임계값 미만으로 강하하는 퍼지 가스의 제1 압력에 응답하여, 경보를 발령하는 것;
    벤트 매니폴드에 대한 연료 가스 공급 매니폴드의 선택적 유체 연결에 의해 연료 공급 시스템을 배기하는 것;
    센서에 의해, 연료 가스 공급 매니폴드 내의 퍼지 가스의 제2 압력을 모니터링하는 것; 및
    제2 임계값 미만으로 강하하는 제2 압력에 응답하여, 프로세서에 의해 카운터를 증가시키는 것을 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
  3. 제1항에 있어서, 누설 체크는,
    프로세서와 전기 통신하는 센서에 의해 연료 가스 공급 매니폴드 내의 연료 가스의 제1 압력을 제1 시간에 모니터링하는 것;
    임계값 미만의 시간 변화율을 갖는 제1 압력에 응답하여, 연료 가스 공급 매니폴드로부터 연료 가스를 격리하는 것; 및
    센서에 의해, 제1 시간보다 늦은 제2 시간에 연료 가스 공급 매니폴드 내의 연료 가스의 제2 압력을 모니터링하는 것; 및
    제2 임계값 미만으로 강하하는 연료 가스의 제2 압력에 응답하여, 경보를 발령하는 것을 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
  4. 제3항에 있어서, 벤트 매니폴드에 대한 연료 가스 공급 매니폴드의 선택적 유체 연결에 의해 연료 공급 시스템을 배기하는 것을 더 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
  5. 제3항에 있어서, 제2 임계값 미만으로 강하하는 연료 가스의 제2 압력에 추가로 응답하여, 연료 가스 공급 매니폴드를 비활성화시키는, 컴퓨터 구현 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    연료 공급 시스템은 연료 가스 저장 용기를 포함하고;
    파일럿 서브시스템은,
    연료 가스 공급원과 유체 연통하는 파일럿 서브시스템 차단 밸브,
    파일럿 서브시스템 내의 연료 가스의 압력에 응답하여 연료 가스 저장 용기 내에 연료 가스를 수용하도록 작동하는 셔틀 밸브, 및
    연료 가스 저장 용기에서 상승된 온도의 검출에 응답하여 파일럿 서브시스템의 연료 가스의 압력을 배기하도록 작동하는 온도-압력 릴리프 디바이스를 포함하고, 셔틀 밸브는 온도-압력 릴리프 디바이스를 통해 파일럿 서브시스템의 연료 가스의 압력을 배기하는 것에 응답하여 연료 가스 저장 용기로부터 연료 가스를 배기하도록 구성되며; 파일럿 서브시스템을 충전하는 것은,
    프로세서에 의해, 파일럿 서브시스템 차단 밸브를 개방하는 것,
    프로세서와 전기 통신하는 센서에 의해 파일럿 서브시스템에서 연료 가스의 제1 압력을 모니터링하는 것, 및
    임계값 미만의 시간 변화율을 갖는 제1 압력에 응답하여, 프로세서에 의해, 파일럿 서브시스템 차단 밸브를 폐쇄하는 것을 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
  7. 제6항에 있어서, 파일럿 서브시스템은 파일럿 서브시스템 차단 밸브와 유체 연통하고 파일럿 서브시스템으로의 연료 가스의 유동을 스로틀링하도록 작동하는 파일럿 가스 스로틀을 더 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    연료 공급 시스템은 연료 가스 저장 용기를 포함하고 프로세서는 다수의 밸브를 제어하여 연료 가스 저장 용기가 연료 가스 공급 매니폴드와 선택적으로 유동적으로 연결되게 하고,
    연료 공급 시스템을 연료 가스로 충전하는 것은,
    프로세서에 의해, 충전 압력 설정점을 결정하는 것;
    연료 가스 공급 매니폴드에 대한 연료 가스 공급원의 선택적 유체 연결에 의해 연료 가스 공급 매니폴드를 통해 연료 가스 저장 용기에 연료 가스를 공급하는 것;
    프로세서와 전기 통신하는 온도 센서에 의해 연료 가스 저장 용기의 온도를 모니터링하는 것;
    온도의 모니터링에 응답하여, 경보를 발령하는 것;
    프로세서와 전기 통신하는 압력 센서에 의해 연료 가스 저장 용기 내의 연료 가스의 압력을 모니터링하는 것; 및
    충전 압력 설정점에 도달하는 연료 가스 저장 용기 내의 연료 가스의 압력에 응답하여, 프로세서에 의해, 연료 가스 공급 매니폴드로부터 연료 가스를 격리하는 것을 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
  9. 제8항에 있어서, 충전 압력 설정점을 결정하는 것은 각각의 압력 센서 또는 온도 센서에 의해 측정된 연료 가스 저장 용기 내의 연료 가스의 초기 압력 또는 초기 온도 중 적어도 하나에 기초하는, 컴퓨터 구현 방법.
  10. 제8항에 있어서, 충전 압력 설정점은 연료 가스 저장 용기의 초기 압력 및 초기 주위 온도로부터 결정되는, 컴퓨터 구현 방법.
  11. 제1항에 있어서, 충전 후 비활성화는,
    연료 가스 공급 매니폴드에 대한 퍼지 가스 공급원의 선택적 유체 연결에 의해 연료 가스 공급 매니폴드로부터 연료 가스를 격리하는 것;
    벤트 매니폴드에 대한 연료 가스 공급 매니폴드의 선택적 유체 연결에 의해 연료 가스 공급 매니폴드를 배기하는 것;
    프로세서와 전기 통신하는 센서에 의해 연료 가스 공급 매니폴드 내의 연료 가스의 제1 압력을 모니터링하는 것;
    제1 압력 임계값 미만으로 강하하는 연료 가스의 제1 압력에 응답하여, 퍼지 가스를 연료 가스 공급 매니폴드에 공급하는 것;
    센서에 의해 연료 가스 공급 매니폴드 내의 퍼지 가스의 제1 압력을 모니터링하는 것;
    변화율 임계값 미만의 시간 변화율을 갖는 퍼지 가스의 제1 압력에 응답하여, 벤트 매니폴드에 대한 연료 가스 공급 매니폴드의 선택적 유체 연결에 의해 연료 가스 공급 매니폴드를 배기하는 것;
    센서에 의해 연료 가스 공급 매니폴드 내의 퍼지 가스의 제2 압력을 모니터링하는 것; 및
    제2 압력 임계값 미만으로 강하하는 제2 압력에 응답하여, 프로세서에 의해 카운터를 증가시키는 것을 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
  12. 제3항에 있어서,
    연료 가스 공급 매니폴드는 제1 압력 구역 및 제2 압력 구역을 포함하고, 제1 압력 구역은 제2 압력 구역의 제2 구역 압력 이상인 제1 구역 압력에 있고; 제1 구역 압력 또는 제2 구역 압력 중 하나는 각각 제1 압력 구역 또는 제2 압력 구역에서의 연료 가스의 압력을 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
  13. 제12항에 있어서, 센서는,
    제1 압력 구역과 유체 연통하는 제1 센서 및 제2 압력 구역과 유체 연통하는 제2 센서를 포함하고;
    누설 체크는,
    제1 센서에 의해 제1 또는 제2 압력 중 하나를 모니터링하는 것; 및
    제2 센서에 의해 제1 또는 제2 압력 중 하나를 모니터링하는 것을 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
  14. 제12항에 있어서, 센서는,
    제1 압력 구역과 유체 연통하는 제1 센서 및 제2 압력 구역과 유체 연통하는 제2 센서를 포함하고;
    누설 체크는,
    연료 가스를 제1 압력 구역으로 유동시키는 것;
    연료 가스를 제2 압력 구역으로 유동시키는 것;
    연료 가스 차단 밸브에 의해 제2 압력 구역의 일부로의 연료 가스의 유동을 저지하는 것;
    연료 가스 차단 밸브 하류의 제2 압력 구역의 부분에서 연료 가스의 제3 압력을 모니터링하는 것; 및
    제3 임계값을 초과하여 상승하는 연료 가스의 제3 압력에 응답하여, 경보를 발령하는 것을 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
  15. 제6항에 있어서,
    연료 가스 공급 매니폴드는 제1 압력 구역 및 제2 압력 구역을 포함하고;
    제1 압력 구역에서 연료 가스의 제1 구역 압력은 제2 압력 구역에서 연료 가스의 제2 구역 압력 이상이며;
    연료 공급 시스템을 연료 가스로 충전하는 것은,
    연료 가스를 제1 구역 압력으로 제1 압력 구역에 공급하는 것;
    제1 압력 구역의 연료 가스의 압력을 제1 구역 압력으로부터 제2 구역 압력으로 감소시키는 것;
    연료 가스를 제2 구역 압력으로 제2 압력 구역에 공급하는 것; 및
    제2 구역 압력의 제2 압력 구역을 통해 연료 가스 저장 용기에 연료 가스를 공급하는 것을 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
  16. 제9항에 있어서,
    연료 가스 공급 매니폴드는 제1 압력 구역 및 제2 압력 구역을 포함하고;
    제1 압력 구역에서 연료 가스의 제1 구역 압력은 제2 압력 구역에서 연료 가스의 제2 구역 압력 이상이며;
    벤트 매니폴드에 대한 연료 가스 공급 매니폴드의 선택적 유체 연결은 벤트 매니폴드에 대한 제1 압력 구역의 선택적 유체 연결 및 벤트 매니폴드에 대한 제2 압력 구역의 선택적 유체 연결을 포함하고;
    충전 후 비활성화는 벤트 매니폴드에 대한 제1 및 제2 압력 구역의 각각의 선택적 유체 연결에 의해 각각의 제1 및 제2 압력 구역을 벤트 매니폴드로 배기하는 것을 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
  17. 제1항에 있어서, 연료 가스는 수소인, 컴퓨터 구현 방법.
  18. 제1항에 있어서, 연료 공급 시스템은 연료 가스 저장 용기를 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
  19. 제1항에 있어서, 연료 가스는 연료 가스 공급원에 의해 연료 공급 시스템에 공급되고, 연료 가스 공급원은 연료 가스 공급 도관에 의해 연료 공급 시스템에 선택적으로 결합되도록 작동하는 가압 용기를 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
  20. 제1항에 있어서, 연료 공급 시스템을 정제하는 것을 더 포함하고, 정제는,
    프로세서와 전기 통신하는 센서에 의해 연료 가스 공급 매니폴드 내의 연료 가스의 제1 압력을 모니터링하는 것;
    제1 임계값 미만으로 강하하는 연료 가스의 제1 압력에 응답하여, 경보를 발령하는 것;
    벤트 매니폴드에 대한 연료 가스 공급 매니폴드의 선택적 유체 연결에 의해 연료 공급 시스템을 배기하는 것;
    센서에 의해, 연료 가스 공급 매니폴드 내의 연료 가스의 제2 압력을 모니터링하는 것; 및
    제2 임계값 미만으로 강하하는 제2 압력에 응답하여, 프로세서에 의해 카운터를 증가시키는 것을 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
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