KR102626356B1 - 지하차도 구조의 수소충전소 및 그 관리 방법 - Google Patents
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Abstract
기존 수소충전소 지하에 지하차도를 시공하여 드라이브 쓰루 방식으로 수소를 충전함으로써 수소연료전지 차량의 수소충전 대기시간을 단축시킬 수 있으며, 또한, 폭발사고 발생시 수소충전소 하부의 지하차도 구조로 인해 폭발 충격을 흡수함으로써, 수소충전소 주변의 피해를 감소시킬 수 있고, 또한, 지하차도 출입구에 폭발확산 방지부재를 설치함으로써, 수소충전소 내부 폭발 사고 발생시 입구 및 출구 방향으로 각각 분산된 폭염 및 화염을 공중으로 반사시켜 피해를 감소시킬 수 있는, 지하차도 구조의 수소충전소 및 그 관리 방법이 제공된다.
Description
본 발명은 지하차도 구조의 수소충전소에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 다수의 수소연료전지 차량(수소 차량, 수소충전 차량)의 신속하고 안전한 수소충전이 가능하도록 드라이브-쓰루(Drive-Through) 방식의 지하차도(Underground Passage) 구조로 시공되는, 지하차도 구조의 수소충전소 및 그 관리 방법에 관한 것이다.
최근, 이산화탄소 배출량을 억제하는 등 환경 문제에 대응하기 위하여, 연료전지 자동차나 수소 엔진 자동차 등 수소를 연료로 하는 수소연료전지 차량의 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
이러한 수소연료전지 차량은 차량에 수소를 저장하는 수소 연료탱크가 설치되고, 이러한 수소 연료탱크에 충전된 수소를 연료전지 등에 공급하여 구동력을 발생시킨다.
이러한 수소연료전지 차량의 보급을 촉진하기 위해서는, 주유소와 이 수소연료전지 차량에 수소를 안정적으로 충전하기 위한 수소충전소(Hydrogen Station)가 필수적인 인프라 설비로 부상하고 있다.
이때, 수소충전소의 안전을 위해 반드시 정비기술자에 의해 수소충전소의 설비에 대하여 정기적으로 점검 및 정비가 수행된다.
도 1은 종래의 기술에 따른 수소충전소를 예시하는 사진이고, 도 2는 종래의 기술에 따른 수소연료전지 차량의 주입구를 통해 수소를 충전하는 것을 예시하는 사진이다.
도 1에 종래의 기술에 따른 수소충전소(10)는 수소 저장탱크(11), 수소충전소 구조물(12), 수소충전기(13) 등을 포함하여 구성되고, 도 2의 a)에 도시된 바와 같이, 수소연료전지 차량(20)에 형성된 주입구(21)에, 도 2의 b)에 도시된 바와 같이, 수소충전기(13)의 수소충전호스(14)를 통해서 수소를 충전하게 된다.
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수소 저장탱크(11)는 수소연료전지 차량(20)에 충전되는 수소를 저장하며, 수소충전기(13)의 수소충전호스(14)를 통해 수소연료전지 차량(20)에 수소를 충전하게 된다.
수소충전소 구조물(12)은 수소연료전지 차량(20)에 수소를 주입할 수 있도록 수소 연료탱크, 압축기, 냉각기, 밸브, 파이프 등의 수소충전소 설비로 구성되며, 이러한 수소충전소 구조물(12)은 안전을 위해 정해진 규격의 온도, 진동, 회전수, 유량, 압력, 전류 및 전압 등을 유지하여야 한다.
또한, 수소충전소 설비 내의 수많은 밸브, 압축기, 냉각기 등에 적절한 상태감지 센서들이 장착된다.
이러한 수소충전소 설비들의 온도, 진동, 회전수, 유량, 압력, 전류 및 전압 등을 감지하는 상태감지 센서들에 의해 실시간으로 측정된 설비상태 데이터들을 생성하고, 생성된 설비상태 데이터들을 디지털로 변환되어 관리된다.
한편, 관련기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-626855호에는 "풍력 및 태양열을 이용한 전기자동차 축전지 충전터널구조 및 충전도로상의 전기자동차 축전장치"라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 종래의 기술에 따른 풍력 및 태양열을 이용한 전기자동차 축전지 충전터널구조의 사시도이다.
도 3을 참조하면, 종래의 기술에 따른 풍력 및 태양열을 이용한 전기자동차 축전지 충전터널구조는, 내부에 축전지 및 이와 연결된 전기자동차 충전레일(41)이 설치되어 있는 터널구조로서, 충전터널구조에 구비된 전기발생을 위한 집광유닛을 가지며 상부가 태양열을 모으는 집열판(33a)으로 이루어진 다수 개의 결합블록(33b)을 서로 결합하여 길게 형성된 터널벽(33c); 집열판(33a)에서 전달된 열에 의하여 전기를 발생시키는 열전소자가 연결된 전압제어기; 터널벽(33c) 외부 또는 상면에 설치된 지주(34)에 부착되어 있으며 바람에 의해 회전하는 다수 개의 프로펠러(35); 프로펠러(35)의 회전에 의하여 전기를 발생시키는 발전기; 및 발전기에서 발생된 전기를 저장하는 축전지로 구성된다.
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또한, 전기자동차 충전레일(41)은 자동차 도로 일측 또는 양측에 일정 길이의 측벽(40)을 설치하고, 상기 측벽(40)에 전기자동차에 구비되어 충전시 돌출되는 충전단자부와 접촉하는 충전레일(41)이 설치되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 터널벽(33c)은 상부가 태양열을 모으는 집열판(33a)으로 이루어진 다수 개의 결합블록(33b)을 서로 결합시켜 길게 형성된다.
결합블록(33b)은 축전지 충전터널구조 상부에 서로 겹쳐서 길게 연속해 결합되어 터널벽(33c)을 이룰 수 있도록 끝단에 결합턱이 형성되어 있으면서 전기발생을 위한 집광유닛을 가지고, 결합턱에는 서로 포갠 후 볼트를 체결할 수 있도록 결합공이 형성되어 있다.
종래의 기술에 따른 풍력 및 태양열을 이용한 전기자동차 축전지 충전터널구조의 경우, 충전도로상의 전기자동차 축전장치가 충전소에 들러 축전지를 충전시킬 필요 없이 전기자동차를 운행하면서 축전지를 충전시킬 수 있으므로 운전자가 편리하게 전기자동차를 운행할 수 있고 축전지 충전시간을 절약할 수 있다.
또한, 전기자동차를 운행하는 도중에 운전자가 축전지충전에 시간을 별도로 허비하지 않고 터널을 통과하면서 편리하게 전기자동차를 충전할 수 있도록 함으로써, 전기자동차 사용을 유도하여 환경오염을 감소시킬 뿐만 아니라 전기를 절약하고 평소에 터널내에 전기를 저장해 두었다가 작업시나 기타 비상시에 이를 사용할 수 있다.
다시 말하면, 종래의 기술에 따른 풍력 및 태양열을 이용한 전기자동차 축전지 충전터널구조의 경우, 축전지 충전터널 구조에 있어서, 터널에서 풍력 및 태양열을 이용하여 전기를 발생시켜 축전지를 충전하여 전기자동차를 전기 충전할 수 있고, 터널형 집광판 밑에 열전소자가 구비되며 도선을 통해 전기적으로 축전지를 충전하도록 구비되고, 축전지는 하우징 내부에 설치될 수 있다.
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한편, 다른 선행기술로서, 대한민국 공개특허번호 제2021-90059호에는 "수소가스 충전장치 및 수소가스 충전방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 종래의 기술에 따른 연료전지 차량의 수소 충전 시스템을 예시하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 종래의 기술에 따른 연료전지 차량의 수소 충전 시스템은, 수소충전소에서는 트레일러 또는 수소수소 발생장치로부터 운송된 수소튜브로부터 수소를 공급받아 압축기를 통해 압축한 뒤 저장탱크(53)에 저장하고, 저장탱크(53)에 저장된 수소는 수소가스 충전장치(51)를 통해 연료전지 차량(52)에 충전된다.
여기서, 저장탱크(53)는 복수개의 저장탱크(53a, 53b)를 포함할 수 있다. 복수개의 저장탱크(53a, 53b)는 각각 다른 압력의 저장 탱크일 수 있다.
예를 들면, 복수개의 저장탱크(53a, 53b)는 저압 저장탱크, 중압 저장탱크 또는 고압 저장탱크를 포함할 수 있다.
또한, 수소를 압축하는 압축기는 각각의 저장탱크(53a, 53b)의 압력이 해당 저장탱크의 기준 압력을 유지하도록 주기적으로 압축 과정을 수행한다.
한편, 수소가스 충전장치(51)와 연료전지 차량(52)은 소정의 통신방식에 따라 서로 통신할 수 있다.
수소가스 충전장치(51)는 연료 전지 차량(52)으로부터 수소탱크의 압력과 온도를 제공받아 안전한 수소 충전을 위한 파라미터로 사용한다. 이때, 수소 충전기는 적외선 수신기를 구비하고, 연료전지 차량(52)은 적외선 송신기를 구비한다.
또한, 수소가스 충전장치(51)는 유량계를 구비하여 유량변화를 확인할 수 있다. 즉, 저장탱크(53)에서 연료전지 차량(52)의 수소탱크로 수소가 이동하는지 확인할 수 있다.
즉, 연료전지 차량(52)의 수소탱크에 수소가 충전되고 있는지 확인할 수 있다.
종래의 기술에 따른 연료전지 차량의 수소 충전 시스템에 따르면, 차량의 탱크의 온도 및 탱크의 수소 충전량에 따라 수소 충전 속도를 제어하여 차량의 탱크에 수소가 효율적으로 충전됨에 따라, 사용자는 차량이 수소 충전에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다.
한편, 다른 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-2012885호에는 "수소 충전용 호스"라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5는 종래의 기술에 따른 수소 스테이션에 설치된 디스펜서와 수소 충전용 호스를 예시하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 수소 충전용 호스(71)가 수소 스테이션에 설치되는 디스펜서(63)에 장비되는 경우, 수소 충전용 호스 양단에 호스 쇠장식(62)이 스웨이징되어 부착된다.
이러한 수소 충전용 호스(71)를 통해 디스펜서(63)로부터 차량(61)으로 저온에서 고압의 수소(H)가 공급 및 충전된다.
수소 충전용 호스(71) 내주 측으로부터 순서대로 내면층(72), 보강층(73)(제1 섬유 블레이드층(73a), 제2 섬유 블레이드층(73b), 와이어 블레이드층(73c)), 외면층(74)이 동축상으로 적층된 구조로 되어 있다.
여기서, 일점쇄선(CL)은 호스 축심을 나타낸다. 이러한 수소 충전용 호스(71)의 경우, 내면층(72)이, 수소 가스 배리어성이 양호한 열가소성 수지에 의해 형성되기 때문에, 뛰어난 내수소 가스 투과성을 얻을 수 있다.
즉, 수소 충전용 호스(71)를 흐르는 수소(H)가 내면층(72)에 의해 충분히 차단되기 때문에, 내면층(72)의 외주 측에 투과하는 수소(H)의 양을 저감시킬 수 있다.
종래의 기술에 따른 수소 충전용 호스에 따르면, 쇠장식을 스웨이징하는 부분에서의 보강층의 어긋남 및 내압에 의한 치수 변화를 억제하면서 내압성 및 내구성을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 6a는 종래의 기술에 따른 수소충전 설비를 나타내는 사진이고, 도 6b는 수소충전을 위해 대기하는 충전차량을 예시하는 사진이다.
종래의 기술에 따른 수소충전소의 경우, 수소충전소에서 연속 충전 가능한 차량의 숫자는 20대 미만으로 제한적이고, 또한, 기존의 수소충전기 위치 방식으로 터널식 충전시스템 구성시 수소충전호스의 길이가 상당히 길어져 가스 누출의 위험이 있다.
또한, 종래의 기술에 따른 수소충전소의 경우, 평지에 노출되어 폭발사고 발생시 파편의 비산 등으로 인해 주변 건물 및 보행자에 피해가 발생할 우려가 높다는 문제점이 있다. 또한, 종래의 기술에 따른 수소충전소의 경우, 수소 저장탱크를 지상에 위치하도록 설치됨에 따라 주변 민원제기의 우려가 있고, 미관상 좋지 않다는 문제점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 다수의 수소연료전지 차량의 안정적이고 신속한 수소충전이 가능하도록 드라이브-쓰루 방식의 지하차도 구조로 시공함으로써, 수소연료전지 차량의 수소충전 대기시간을 단축시킬 수 있는, 지하차도 구조의 수소충전소 및 그 관리 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 수소충전소의 폭발사고 발생시 수소충전소 하부의 지하차도 구조로 인해 폭발 충격을 흡수함으로써, 수소충전소 주변의 피해를 감소시킬 수 있는, 지하차도 구조의 수소충전소 및 그 관리 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 지하차도 출입구에 폭발확산 방지부재를 설치함으로써, 수소충전소 내부 폭발 사고 발생시 입구 및 출구 방향으로 각각 분산된 폭염 및 화염을 공중으로 반사시켜 피해를 감소시킬 수 있는, 지하차도 구조의 수소충전소 및 그 관리 방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 지하차도 구조의 수소충전소는, 수소충전소를 설치하기 위한 설치부지에 설치되어 수소를 저장하는 수소 저장탱크; 다수의 수소연료전지 차량이 진입 및 진출할 수 있도록 상기 수소 저장탱크의 하부에 시공되며, 수소충전소에서 폭발이 발생할 경우 충격을 흡수하는 지하차도; 상기 지하차도 내부의 양측면에 각각 적어도 하나 이상 설치되어 상기 수소연료전지 차량에 수소를 충전하는 수소충전기; 상기 수소연료전지 차량의 주입구를 통해 수소를 충전할 수 있도록 상기 수소충전기로부터 인출되는 수소충전호스; 상기 수소 저장탱크 및 수소충전기 사이에 설치되며, 상기 수소 저장탱크에 저장된 수소를 상기 수소충전기에 공급하는 수소공급배관; 상기 지하차도 내부에서 수소 충전시 누출되는 수소를 감지하도록 상기 지하차도 내부의 소정 위치에 적어도 하나 이상 설치되는 수소 감지센서; 수소 누출로 인한 폭발사고 방지를 위한 상시 무풍 환기장치로서 상기 지하차도 내부의 상부에 설치되는 환기장치; 및 상기 지하차도 출입구에 설치되며, 수소충전소 내부 폭발 사고 발생시 입구 및 출구 방향으로 각각 분산된 폭염 및 화염을 공중으로 반사시켜 피해를 감소시키는 폭발확산 방지부재를 포함하되, 상기 수소 저장탱크는 기존 지상에 설치된 충전설비이거나 지하실에 별도 시공되며; 상기 수소충전호스는 정전기를 방지하도록 탄소섬유로 형성하고, 상기 수소 저장탱크는 탄소섬유를 적용한 복합재 압력용기로 형성되어 고압 저장이 가능하고; 상기 수소 저장탱크의 하부에 상기 지하차도가 시공되고; 상기 수소연료전지 차량은 상기 지하차도를 드라이브-쓰루 방식으로 진입 및 진출하면서 동시에 수소 충전이 가능하며; 그리고 상기 폭발확산 방지부재는 제트화염 반사판 또는 후폭풍 방지벽으로서, 폭발시 발생하는 화염을 공중으로 반사시켜 수소충전소 화염의 피해를 방지하는 것을 특징으로 한다.
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한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 지하차도 구조의 수소충전소의 관리 방법은, a) 지상 수소충전시설 하부에 지하차도를 시공하는 단계; b) 상기 지하차도에 소정 간격으로 양 측면에 수소충전기 및 충전호스 각각을 설치하는 단계; c) 상기 지하차도 내에 폭발확산 방지부재를 설치하는 단계; d) 수소충전시설 중 수소 저장탱크로부터 인출되는 배관을 상기 수소충전기에 연결하는 단계; e) 수소충전을 위한 복수의 수소연료전지 차량이 상기 지하차도를 통해 드라이브-쓰루 방식으로 진입 및 진출하는 단계; 및 f) 지상 관리소 또는 관리자 단말을 통해 복수의 수소연료전지 차량의 동시 수소 충전을 관리하는 단계를 포함하되, 상기 수소 저장탱크는 기존 지상에 설치된 충전설비이거나 지하실에 별도 시공되며, 상기 수소 저장탱크의 하부에 상기 지하차도가 시공되고; 상기 지하차도 내부의 소정 위치에 수소 감지센서가 적어도 하나 이상 설치되어 상기 지하차도 내부에서 수소 충전시 누출되는 수소를 감지하며; 수소 누출로 인한 폭발사고 방지를 위한 상시 무풍 환기장치로서 상기 지하차도 내부의 상부에 환기장치가 설치되고; 상기 수소충전호스는 정전기를 방지하도록 탄소섬유로 형성하고, 상기 수소 저장탱크는 탄소섬유를 적용한 복합재 압력용기로 형성되어 고압 저장이 가능하고; 상기 c) 단계의 폭발확산 방지부재는 상기 지하차도 출입구에 설치되며, 수소충전소 내부 폭발 사고 발생시 입구 및 출구 방향으로 각각 분산된 폭염 및 화염을 공중으로 반사시켜 피해를 감소시키되, 상기 폭발확산 방지부재는 제트화염 반사판 또는 후폭풍 방지벽으로서, 폭발시 발생하는 화염을 공중으로 반사시켜 수소충전소 화염의 피해를 방지하며; 그리고 상기 수소연료전지 차량은 상기 지하차도를 드라이브-쓰루 방식으로 진입 및 진출하면서 동시에 수소 충전이 가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 기존 수소충전소 지하에 지하차도를 시공하여 드라이브 쓰루 방식으로 수소를 충전함으로써 수소연료전지 차량의 수소충전 대기시간을 단축시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 폭발사고 발생시 수소충전소 하부의 지하차도 구조로 인해 폭발 충격을 흡수함으로써, 수소충전소 주변의 피해를 감소시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 지하차도 출입구에 폭발확산 방지부재를 설치함으로써, 수소충전소 내부 폭발 사고 발생시 입구 및 출구 방향으로 각각 분산된 폭염 및 화염을 공중으로 반사시켜 피해를 감소시킬 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 수소충전소를 예시하는 사진이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 수소연료전지 차량의 주입구를 통해 수소를 충전하는 것을 예시하는 사진이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 풍력 및 태양열을 이용한 전기자동차 축전지 충전터널구조의 사시도이다.
도 4는 종래의 기술에 따른 연료전지 차량의 수소 충전 시스템을 예시하는 도면이다.
도 5는 종래의 기술에 따른 수소 스테이션에 설치된 디스펜서와 수소 충전용 호스를 예시하는 도면이다.
도 6a는 종래의 기술에 따른 수소충전 설비를 나타내는 사진이고, 도 6b는 수소충전을 위해 대기하는 충전차량을 예시하는 사진이다.
도 7은 종래의 기술에 따른 터널 구조의 수소충전소를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시된 터널 구조의 수소충전소를 나타내는 정면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 지하차도 구조의 수소충전소를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 지하차도 구조의 수소충전소를 나타내는 정면도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 지하차도 구조의 수소충전소를 나타내는 측단면도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 지하차도 구조의 수소충전소가 폭발영향을 감소시키는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 지하차도 구조의 수소충전소의 관리 방법을 나타내는 동작흐름도이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 수소연료전지 차량의 주입구를 통해 수소를 충전하는 것을 예시하는 사진이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 풍력 및 태양열을 이용한 전기자동차 축전지 충전터널구조의 사시도이다.
도 4는 종래의 기술에 따른 연료전지 차량의 수소 충전 시스템을 예시하는 도면이다.
도 5는 종래의 기술에 따른 수소 스테이션에 설치된 디스펜서와 수소 충전용 호스를 예시하는 도면이다.
도 6a는 종래의 기술에 따른 수소충전 설비를 나타내는 사진이고, 도 6b는 수소충전을 위해 대기하는 충전차량을 예시하는 사진이다.
도 7은 종래의 기술에 따른 터널 구조의 수소충전소를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시된 터널 구조의 수소충전소를 나타내는 정면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 지하차도 구조의 수소충전소를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 지하차도 구조의 수소충전소를 나타내는 정면도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 지하차도 구조의 수소충전소를 나타내는 측단면도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 지하차도 구조의 수소충전소가 폭발영향을 감소시키는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 지하차도 구조의 수소충전소의 관리 방법을 나타내는 동작흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
먼저, 본 발명의 출원인에 의해 특허출원되어 등록된 대한민국 등록특허번호 제10-2420507호에는 "터널 구조의 수소충전소 및 그 충전 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 7 및 도 8을 참조하여 구체적으로 설명하며, 본 명세서 내에 참조되어 본 발명의 일부를 이룬다.
도 7은 종래의 기술에 따른 터널 구조의 수소충전소를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 8은 도 7에 도시된 터널 구조의 수소충전소를 나타내는 정면도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 종래의 기술에 따른 터널 구조의 수소충전소(80)는, 수소 저장탱크(81), 터널 구조물(82), 컨베이어(83), 수소충전기(84), 수소충전호스(85), 수소공급배관(86) 및 수소충전 결제단말(87)을 포함하여 구성된다.
수소 저장탱크(81)는 터널 구조의 수소충전소를 설치하기 위한 설치부지의 지반(91)에 형성된 지하공간 또는 지하실(A)에 설치되어 수소충전기(84)에 공급하기 위한 수소를 저장한다. 다시 말하면, 수소 저장탱크(81)는 터널 구조의 수소충전소(80)의 지하로 이동 설치한다.
기존 수소충전소의 수소 저장탱크는 외부에 노출되어 있지만, 종래의 기술에 따른 터널 구조의 수소충전소(80)는 지상공간을 활용할 수 있도록 터널 구조물(82)의 하부에 형성된 지하실로 이동 설치하여 수소를 저장한다.
터널 구조물(82)은 다수의 수소연료전지 차량(92)이 드라이브 쓰루 방식으로 진입 및 진출할 수 있도록 지하실(A)의 상부에 시공되며, 또한, 수소충전소에서 폭발이 발생할 경우 충격을 흡수하는 역할을 한다.
컨베이어(83)는 수소연료전지 차량(92)을 이송시키도록 터널 구조물(82)의 내부 바닥면에 설치된다.
즉, 수소연료전지 차량(92)은 수소 충전을 위해 상기 터널 구조물(82)의 진입로에 정차하여야 하므로, 컨베이어(83)는 수소연료전지 차량(92)을 수소 충전하기 위해서 터널 구조물(82)의 내부로 이송시킨다.
수소충전기(84)는 터널 구조물(82) 내부의 양측면에 각각 적어도 하나 이상 설치되어 수소연료전지 차량(92)에 수소를 충전하며, 또한, 수소충전기(84)는 터널 구조물(82)의 상부에 설치될 수 있다.
여기서, 기존 수소충전소는 수소충전기가 1대이지만, 터널 구조의 수소충전소(80)는 적어도 2대 이상의 수소충전기(84)가 설치됨으로써 수소연료전지 차량(92)의 충전 효율을 증대시키고, 이에 따라, 수소충전소 직원 간 이동 동선을 분리하여 사고를 예방할 수 있다.
수소충전호스(85)는, 도 8의 a)에 도시된 바와 같이, 수소연료전지 차량(92)의 주입구를 통해 수소를 충전할 수 있도록 수소충전기(84)로부터 인출되며, 이때, 수소충전호스(85)는 수소연료전지 차량(92)의 수소충전 완료시 수소충전기(84)로 자동으로 회수될 수 있다.
통상적으로, 수소는 정전기로도 발화할 수 있으므로, 수소충전호스(85)는 정전기 방지섬유와 탄소섬유로 구성할 수 있다.
수소공급배관(86)은, 도 8의 a)에 도시된 바와 같이, 수소 저장탱크(81) 및 수소충전기(84) 사이에 설치되며, 수소 저장탱크(81)에 저장된 수소를 수소충전기(84)에 공급한다.
수소충전 결제단말(87)은, 도 8의 b)에 도시된 바와 같이, 수소연료전지 차량(92)이 진입하는 터널 구조의 수소충전소(80) 전면에 설치됨으로써, 상기 수소연료전지 차량(92)이 터널 구조의 수소충전소(80) 진입시 결제카드에 의해 자동결제가 이루어질 수 있다.
종래의 기술에 따른 터널 구조의 수소충전소(80)의 경우, 터널 바닥은 자동세차기와 같은 자동이동 방식이 사용되며, 터널형은 말 그대로 이동장치가 터널식으로 되어 있으며 수소자동차를 기계가 이동시키면서 수소충전을 하는 방식이기 때문에 설치공간이 넓고 고가이다.
하지만, 수소연료전지 차량(92)이 연속적으로 투입되어도 동시 수소 충전이 가능하며, 짧은 시간에 많은 수소연료전지 차량(92)을 충전할 수 있다.
종래의 기술에 따른 터널 구조의 수소충전소의 경우, 수소연료전지 차량(92)을 이송시키도록 터널 구조물(82)의 내부 바닥면에 컨베이어(83)를 설치해야 하며, 지상에 터널 구조를 형성해야 하므로 보다 넓은 부지가 필요하다는 한계가 있다.
이하, 도 9 내지 도 12를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 지하차도 구조의 수소충전소를 설명하고, 도 13을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 지하차도 구조의 수소충전소의 관리 방법을 설명한다.
[지하차도 구조의 수소충전소(100)]
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 지하차도 구조의 수소충전소를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
본 발명의 실시예에 따른 지하차도 구조의 수소충전소는, 도 9의 a)에 도시된 바와 같이, 지상의 수소 충전설비 하부에 지하차도(320)를 시공하고, 지하차도(320)의 전면에 수소충전 결제단말(110)을 설치하고, 지하차도 내부 양측에 수소충전기(130)를 복수 설치함으로써, 드라이브-쓰루 방식으로 다수의 수소연료전지 차량(400)이 동시에 수소를 충전함으로써 대기시간을 단축시킬 수 있다.
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또한, 본 발명의 실시예에 따른 지하차도 구조의 수소충전소의 경우, 도 9의 b)에 도시된 바와 같이, 수소충전소의 지하화로 인한 도심지 및 인구밀집 지역에 용이하게 건립할 수 있다.
기존에는 주변 인구밀집도 등 입지여건에 대한 고려 없이 일률적으로 동일한 안전기준이 적용되는 탓에 수요가 많은 도심지역에 설치가 제한되지만, 안전장치를 포함한 지하차도식 충전충전소를 적용함으로써 도심지 및 인구밀집 지역에 수소충전소 건립 가능으로 저변을 확대할 수 있고, 이에 따라, 지하차도 구조로 수소충전소 및 설비 등이 보이지 않아 도시 미관에 저해되지 않는다.
다시 말하면, 현행 법령상 수소충전소 내 사무실이나 편의시설 등은 수소설비로부터 30m 이내의 경우, 지상 방호벽 설치가 의무화되고 있는 추세이며, 이에 대응하여 본 발명의 실시예에 따른 수소충전소는 자체적으로 방호벽에 대응하는 지하차도 방식으로 시공된다.
한편, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 지하차도 구조의 수소충전소를 나타내는 정면도이고, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 지하차도 구조의 수소충전소를 나타내는 측단면도이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 지하차도 구조의 수소충전소(100)는, 수소 저장탱크(120), 수소충전기(130), 수소충전호스(140), 수소공급 배관(150), 자동차단밸브(160), 수소 감지센서(170), 환기장치(180), 지상 관리소(190) 및 지하차도(320)를 포함하여 구성된다.
수소 저장탱크(120)는 수소충전소를 설치하기 위한 설치부지에 설치되어 수소를 저장한다.
이때, 상기 수소 저장탱크(120)는 기존에 지상에 설치된 수소 저장탱크일 수 있고, 또는 지하실(310)에 별도로 설치될 수도 있다. 즉, 기존에 설치된 수소 저장탱크를 적극 활용하여 상기 수소 저장탱크(120)의 하부에 지하차도(320)를 설치하며, 지상에서 상기 수소 저장탱크(120)로 수소를 공급할 수 있다.
지하차도(320)는 다수의 수소연료전지 차량(400)이 진입 및 진출할 수 있도록 상기 수소 저장탱크(120)의 하부에 시공되며, 수소충전소에서 폭발이 발생할 경우 충격을 흡수한다.
수소충전기(130)는 상기 지하차도(320) 내부의 양측면에 각각 적어도 하나 이상 설치되어 상기 수소연료전지 차량(400)에 수소를 충전한다.
수소충전호스(140)는 상기 수소연료전지 차량(400)의 주입구를 통해 수소를 충전할 수 있도록 상기 수소충전기(130)로부터 인출된다.
이때, 상기 수소충전호스(140) 및 상기 수소 저장탱크(120)는 탄소섬유로 형성될 수 있다.
즉, 수소는 정전기로도 발화하므로, 상기 수소충전호스(140)는 정전기를 방지하도록 탄소섬유로 구성하며, 또한, 상기 수소 저장탱크(120)는 탄소섬유를 적용한 복합재 압력용기로 형성되어 고압 저장이 가능하며, 내구성이 높아 사고 시 2차 피해를 저감시킬 수 있다.
수소공급 배관(150)은 상기 수소 저장탱크(120) 및 수소충전기(130) 사이에 설치되며, 상기 수소 저장탱크(120)에 저장된 수소를 상기 수소충전기(130)에 공급한다.
자동차단밸브(160)는 소 누출시 자동 차단을 위해 상기 수소공급 배관(150)에 설치된다. 즉, 상기 수소공급 배관(150)에 자동차단밸브(160)를 설치하여, 일정량 이상의 수소가스 누출이 발생하면 자동차단밸브(160)의 작동으로 더 이상의 수소 누출을 차단할 수 있다.
수소 감지센서(170)는 누출되는 수소를 감지하도록 상기 지하차도(320) 내부의 소정 위치에 적어도 하나 이상 설치된다.
환기장치(180)는 수소 누출로 인한 폭발사고 방지를 위한 상시 무풍 환기장치로서 상기 지하차도(320) 내부의 상부에 설치된다.
통상적으로 수소는 누출되면 공기보다 가볍기 때문에 대부분 공중으로 날아가지만, 환기가 되지 않는 경우, 대량의 수소가스가 점화원에 의해 폭발하는 증기운 폭발이 일어날 수 있다.
여기서, 증기운 폭발(Unconfined Vapor Cloud Explosion: UVCE)은 대기중에 확산되어 있는 다량의 가스(증기운)가 어떤 점화원에 의해 급격한 폭발을 일으키는 현상을 말하는데, 특히, 풍속이 낮아 증기운이 잘 확산되지 않는 경우 피해가 더욱 심각하며, 폭발시간이 비교적 짧아서 복사열에 의한 피해보다 화염 전파방 입력파를 일으켜서 시설물에 피해를 입히는 정도가 더 심각하다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 지하차도 구조의 수소충전소(100)의 경우, 수소 저장탱크(120) 및 수소충전기(130)에 상시 수소 검측기인 수소 감지센서(170)를 도입하고, 또한, 수소가스 누출 시 환기장치(180) 작동으로 폭발사고를 미연에 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 지하차도 구조의 수소충전소의 경우, 지상 관리소(190)는 수소충전소의 관리를 위해 지상에 설치되며, 대피 유도 시스템 또는 자동 모니터링 시스템 등과 연계시킬 수 있다.
한편, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 지하차도 구조의 수소충전소가 폭발영향을 감소시키는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 지하차도 구조의 수소충전소(100)의 경우, 폭발사고 발생시 수소충전소 하부의 지하차도(320) 구조로 인해 폭발 충격을 흡수함으로써, 수소충전소 주변의 피해를 감소시킬 수 있다. 예를 들면, 수소충전소 내부 폭발 발생 시 지하차도(320)의 입구 및 출구 양방향으로 폭압을 분산시킴으로써 수소충전소 주변의 피해를 감소시킬 수 있다.
이때, 기존에 설치된 수소 저장탱크에 폭발에 대한 안전설비를 추가로 구축함으로써 기존 수소충전소 구조물을 활용하여 시공비용을 절감시킬 수 있다.
예를 들면, 수소충전소의 지하차도 출입구에 폭발확산 방지부재(200)를 설치함으로써, 수소충전소 내부 폭발 사고 발생시 입구 및 출구 방향으로 각각 분산된 폭염 및 화염을 공중으로 반사시켜 피해를 감소시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 폭발확산 방지부재(200)는 제트화염 반사판(200a) 또는 후폭풍 방지벽(200b)일 수 있으며, 상기 제트화염 반사판(jet blast deflector: JBD) 또는 후폭풍 방지벽(blast fence)은 폭발시 발생하는 화염을 공중으로 반사시켜, 수소충전소 화염의 피해를 입지 않게 해준다. 특히, 좁은 공간에서 많은 작업을 동시에 할 수 있도록 화염의 피해를 없애 준다.
다시 말하면, 수소 누출사고 및 화재 폭발사고 발생시, 수소연료전지 차량(400)이 진입하는 입구를 차단하면서 출구로 유도함으로써, 수소가스 누출 및 폭발 사고 발생시 입구를 차단하여 피해 발생을 최소화할 수 있다.
이때, 수소 가스 누출 확인 시 비상 경고등 등의 알림장치 설비 및 안전관리자 등 내부자를 출구로 대피시키도록 대피 유도 시스템과 연계시킴으로써 인명사고를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 지하차도 구조의 수소충전소(100)의 경우, 수소공급 배관(150)의 압력, 온도 및 습도를 무선으로 자동 모니터링함으로써, 수소충전 설비에 대한 모든 정보를 무선 자동 모니터링 하여 사고를 미연에 방지할 수 있다.
[지하차도 구조의 수소충전소 관리 방법]
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 지하차도 구조의 수소충전소의 관리 방법을 나타내는 동작흐름도이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 지하차도 구조의 수소충전소의 관리 방법은,
먼저, 지상 수소충전시설 하부에 지하차도(320)를 시공한다(S110).
이때, 상기 지하차도(320)는 다수의 수소연료전지 차량(400)이 동시에 수소를 충전할 수 있도록 2차선 이상으로 진입 및 진출이 가능하도록 시공하는 것이 바람직하지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
다음으로, 상기 지하차도(320)에 소정 간격으로 양 측면에 수소충전기(130) 및 수소충전호스(140) 각각을 설치한다(S120).
다음으로, 상기 지하차도(320) 내에 폭발확산 방지부재(200)를 설치한다(S130).
예를 들면, 상기 폭발확산 방지부재(200)는 제트화염 반사판(200a) 또는 후폭풍 방지벽(200b)으로서, 폭발시 발생하는 화염을 공중으로 반사시켜 수소충전소 화염의 피해를 방지할 수 있다.
다음으로, 수소 저장탱크(120)로부터 인출되는 수소공급 배관(150)을 상기 수소충전기(130)에 연결한다(S140).
여기서, 상기 수소 저장탱크(120)는 기존 지상에 설치된 충전설비이거나 지하실(310)에 별도 시공되며, 상기 수소 저장탱크(120)의 하부에 상기 지하차도(320)가 시공된다.
또한, 상기 수소충전호스(140)는 정전기를 방지하도록 탄소섬유로 형성하고, 상기 수소 저장탱크(120)는 탄소섬유를 적용한 복합재 압력용기로 형성되어 고압 저장이 가능하다.
다음으로, 수소충전을 위한 복수의 수소연료전지 차량(400)이 상기 지하차도(320)를 통해 드라이브-쓰루 방식으로 진입 및 진출한다(S150).
이때, 수소충전 결제단말(110)은, 도 9에 도시된 바와 같이, 수소연료전지 차량(400)이 진입하는 지하차도(320) 구조의 수소충전소(100) 전면에 설치됨으로써, 상기 수소연료전지 차량(400)이 지하차도 구조의 수소충전소(100) 진입시 결제카드에 의해 자동결제가 이루어진다.
예를 들면, 지하차도 구조의 수소충전소(100)에 진입하는 수소연료전지 차량(400)의 운전자는 차량의 수소연료가 부족하다는 것을 인지한 상태에서 수소충전소를 방문하게 된다. 이때, 상기 지하차도 구조 수소충전소(100) 진입시 운전자가 충전할 수소의 금액을 카드 또는 현금으로 선결제할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 지하차도 구조의 수소충전소(100)는 드라이브-쓰루 방식의 수소충전 시스템으로서, 기존 수소충전소와 달리 대기시간을 단축시킬 수 있다.
다음으로, 지상 관리소(190) 또는 관리자 단말을 통해 복수의 수소연료전지 차량(400)의 동시 수소 충전을 관리한다(S160).
이에 따라, 상기 수소연료전지 차량(400)은 상기 지하차도를 드라이브-쓰루 방식으로 진입 및 진출하면서 동시에 수소 충전이 가능하게 된다.
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 기존 수소충전소 지하에 지하차도를 시공하여 드라이브 쓰루 방식으로 수소를 충전함으로써 수소연료전지 차량의 수소충전 대기시간을 단축시킬 수 있다.
또한, 폭발사고 발생시 수소충전소 하부의 지하차도 구조로 인해 폭발 충격을 흡수함으로써, 수소충전소 주변의 피해를 감소시킬 수 있고, 또한, 지하차도 출입구에 폭발확산 방지부재를 설치함으로써, 수소충전소 내부 폭발 사고 발생시 입구 및 출구 방향으로 각각 분산된 폭염 및 화염을 공중으로 반사시켜 피해를 감소시킬 수 있다.
삭제
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 지하차도 구조의 수소충전소
110: 수소충전 결제단말 120: 수소 저장탱크
130: 수소충전기 140: 수소충전호스
150: 수소공급 배관 160: 자동차단밸브
170: 수소 감지센서 180: 환기장치
190: 지상 관리소
200: 폭발확산 방지부재
310: 지하실 320: 지하차도
400: 수소연료전지 차량
200a: 제트화염 반사판 200b: 후폭풍 방지벽
110: 수소충전 결제단말 120: 수소 저장탱크
130: 수소충전기 140: 수소충전호스
150: 수소공급 배관 160: 자동차단밸브
170: 수소 감지센서 180: 환기장치
190: 지상 관리소
200: 폭발확산 방지부재
310: 지하실 320: 지하차도
400: 수소연료전지 차량
200a: 제트화염 반사판 200b: 후폭풍 방지벽
Claims (10)
- 수소충전소를 설치하기 위한 설치부지에 설치되어 수소를 저장하는 수소 저장탱크(120);
다수의 수소연료전지 차량(400)이 진입 및 진출할 수 있도록 상기 수소 저장탱크(120)의 하부에 시공되며, 수소충전소에서 폭발이 발생할 경우 충격을 흡수하는 지하차도(320);
상기 지하차도(320) 내부의 양측면에 각각 적어도 하나 이상 설치되어 상기 수소연료전지 차량(400)에 수소를 충전하는 수소충전기(130);
상기 수소연료전지 차량(400)의 주입구를 통해 수소를 충전할 수 있도록 상기 수소충전기(130)로부터 인출되는 수소충전호스(140);
상기 수소 저장탱크(120) 및 수소충전기(130) 사이에 설치되며, 상기 수소 저장탱크(120)에 저장된 수소를 상기 수소충전기(130)에 공급하는 수소공급배관(150);
상기 지하차도(320) 내부에서 수소 충전시 누출되는 수소를 감지하도록 상기 지하차도(320) 내부의 소정 위치에 적어도 하나 이상 설치되는 수소 감지센서(170);
수소 누출로 인한 폭발사고 방지를 위한 상시 무풍 환기장치로서 상기 지하차도(320) 내부의 상부에 설치되는 환기장치(180); 및
상기 지하차도(320) 출입구에 설치되며, 수소충전소 내부 폭발 사고 발생시 입구 및 출구 방향으로 각각 분산된 폭염 및 화염을 공중으로 반사시켜 피해를 감소시키는 폭발확산 방지부재(200);를 포함하되,
상기 수소 저장탱크(120)는 기존 지상에 설치된 충전설비이거나 지하실(310)에 별도 시공되며, 상기 수소 저장탱크(120)의 하부에 상기 지하차도(320)가 시공되고;
상기 수소충전호스(140)는 정전기를 방지하도록 탄소섬유로 형성하고, 상기 수소 저장탱크(120)는 탄소섬유를 적용한 복합재 압력용기로 형성되어 고압 저장이 가능하며;
상기 수소연료전지 차량(400)은 상기 지하차도를 드라이브-쓰루 방식으로 진입 및 진출하면서 동시에 수소 충전이 가능하며; 그리고
상기 폭발확산 방지부재(200)는 제트화염 반사판(200a) 또는 후폭풍 방지벽(200b)으로서, 폭발시 발생하는 화염을 공중으로 반사시켜 수소충전소 화염의 피해를 방지하는 것을 특징으로 하는 지하차도 구조의 수소충전소. - 삭제
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- a) 지상 수소충전시설 하부에 지하차도(320)를 시공하는 단계;
b) 상기 지하차도(320)에 소정 간격으로 양 측면에 수소충전기(130) 및 수소충전호스(140) 각각을 설치하는 단계;
c) 상기 지하차도(320) 내에 폭발확산 방지부재(200)를 설치하는 단계;
d) 수소충전시설 중 수소 저장탱크(120)로부터 인출되는 수소공급 배관(150)을 상기 수소충전기(130)에 연결하는 단계;
e) 수소충전을 위한 복수의 수소연료전지 차량(400)이 상기 지하차도(320)를 통해 드라이브-쓰루 방식으로 진입 및 진출하는 단계; 및
f) 지상 관리소(190) 또는 관리자 단말을 통해 복수의 수소연료전지 차량(400)의 동시 수소 충전을 관리하는 단계를 포함하되,
상기 수소 저장탱크(120)는 기존 지상에 설치된 충전설비이거나 지하실(310)에 별도 시공되며, 상기 수소 저장탱크(120)의 하부에 상기 지하차도(320)가 시공되고;
상기 지하차도(320) 내부의 소정 위치에 수소 감지센서(170)가 적어도 하나 이상 설치되어 상기 지하차도(320) 내부에서 수소 충전시 누출되는 수소를 감지하며;
수소 누출로 인한 폭발사고 방지를 위한 상시 무풍 환기장치로서 상기 지하차도(320) 내부의 상부에 환기장치(180)가 설치되고;
상기 수소충전호스(140)는 정전기를 방지하도록 탄소섬유로 형성하고, 상기 수소 저장탱크(120)는 탄소섬유를 적용한 복합재 압력용기로 형성되어 고압 저장이 가능하고;
상기 c) 단계의 폭발확산 방지부재(200)는 상기 지하차도(320) 출입구에 설치되며, 수소충전소 내부 폭발 사고 발생시 입구 및 출구 방향으로 각각 분산된 폭염 및 화염을 공중으로 반사시켜 피해를 감소시키되, 상기 폭발확산 방지부재(200)는 제트화염 반사판(200a) 또는 후폭풍 방지벽(200b)으로서, 폭발시 발생하는 화염을 공중으로 반사시켜 수소충전소 화염의 피해를 방지하며; 그리고
상기 수소연료전지 차량(400)은 상기 지하차도를 드라이브-쓰루 방식으로 진입 및 진출하면서 동시에 수소 충전이 가능한 것을 특징으로 하는 지하차도 구조의 수소충전소의 관리 방법. - 삭제
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|---|---|---|---|
| KR1020230041042A KR102626356B1 (ko) | 2023-03-29 | 2023-03-29 | 지하차도 구조의 수소충전소 및 그 관리 방법 |
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- 2023-03-29 KR KR1020230041042A patent/KR102626356B1/ko active IP Right Grant
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