KR20090027848A - 수소 스테이션 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수소 스테이션에 관한 것으로서, 연료전지를 사용하는 시설, 특히 자동차에 압축수소를 공급하기 위하여 주유소와 같은 형태로 설치할 수소 스테이션을 건설함에 있어서 보다 안전하고 효율적으로 수소를 공급할 수 있도록 하기 위한 것으로; 연료전지용 수소를 저장하여 공급하는 수소스테이션에 있어서; 공급받은 수소를 저장하는 수소가스 저장탱크와; 압축기, 고압의 수소저장용기, 순위제어용 판넬, 차량에 직접 압축수소를 충전하는 충전기 압축기, 고압의 수소저장용기.순위제어용 판넬.차량에 직접 압축수소를 충전하는 충전기로서, 상기 수소가스 저장탱크에서 공급받은 수소를 연료전지를 사용하는 장치에 적합한 압력으로 압축하는 적어도 2개 이상의 수소압축기와; 상기 각각의 수소 압축기와 직렬로 연결되어 압축된 수소가스를 연료전지를 사용하는 장치에 장착된 고압저장용기로 분배하는 과정에서 고압저장용기 각 단의 분배밸브로 작동 순위를 적절하게 조정하는 적어도 2개 이상의 순위제어 판넬과; 상기 수소압축기에서 압축된 여분의 수소가스가 일시 저장되어 상기 순위제어 판넬로 다시 공급하도록 하는 수 개의 압축수소가스 저장용기와; 상기 순위제어 판넬을 통하여 공급되는 수소가스를 충진노즐을 통하여 연료전지를 사용하는 장치에 장착되는 고압저장용기에 충진하되 수소가스의 압력조정과 계량 및 요금계산 등의 기능을 가진 하나 이상의 수소가스 충진기로 구성된다.

Description

수소 스테이션{The hydrogen station}

본 발명은 수소 스테이션에 관한 것으로서, 장차 연료전지의 개발에 따라 예상되는 수소의 수요를 충당하기 위하여 주유소와 같은 형태로 지어질 수소 충전소을 건설할 때 바람직하고 안전한 공급이 이루어지도록 하기 위하여 개발된 수소 스테이션에 관한 것이다.

현재 전 세계적으로 소비되는 에너지는 대부분이 화석원료인 석유 및 석탄으로 이루어지며, 특히 자동차의 경우 휘발류 또는 경유와 같은 유류를 이용하는 것이 전부라고 해도 무방할 정도이다.

하지만 석유와 같은 화석연료는 그 매장량에 한계가 있으며, 또한 에너지를 얻기 위하여 연소시킬 때 발생하는 각종 가스 및 분진 및 연소 후 잔여물질은 환경오염의 주범이 되고 있으며 또한 요즘 가장 이슈가 되고 있는 지구온난화의 주범이라고 할 수 있다.

이러한 상황을 타개할 수 있는 대체에너지로는 수소와 같은 청정에너지원과 수력, 풍력, 태양열과 같은 자연에너지를 들 수 있으며, 특히 자동차의 에너지원으 로는 그 효율성과 출력을 감안하면 수소를 이용한 연료전지가 가장 바람직한 동력원으로 기대되고 있다.

즉 일반 전기 자동차의 경우 충전지가 갈수록 가벼워지고 있다고는 하지만 그 무게가 무겁고 또한 충전에 걸리는 시간을 감안하면 상당한 불편함이 있으나, 연료전지는 압축수소를 산소와 결합해 발생하는 물과 전기를 이용해 동력을 얻는 자동차로 소음이 적고 배기가스를 전혀 배출하지 않는 것을 특징으로 하며 원료인 압축수소의 주입은 일반 가스차와 같이 신속하게 이루어지므로 그 효율성 면에서는 기존 자동차와 다름없는 것이다.

이러한 압축수소를 사용하기 위하여 자동차의 내부에는 고압의 수소가스 저장용기를 두고 충전할 수 있도록 하여야하므로 현재 주유소와 같은 형태로 수소충전소가 건설되어야하는 것이다.

이때 수소는 기존의 LPG와는 그 성질이 상이하고 또한 압축된 형태로 공급되어야하므로 기존 가스충전소와는 다른 구조를 가져야한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 압축 수소를 저장하여 공급할 수 있는 바람직한 수소 스테이션의 형태를 개발하는데 있다.

또한, 별도의 수소 생산설비 또는 생산설비와 인접한 곳에서 수소를 공급받을 경우에 적합한 수소 스테이션을 개발하는데 있다.

또, 생산설비가 구비되지 않고 트레일러에서 공급받는 경우에 적합한 수소 스테이션을 개발하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 연료전지용 수소를 저장하여 공급하는 수소스테이션에 있어서;

공급받은 수소를 저장하는 수소가스 저장탱크와;

상기 수소가스 저장탱크에서 공급받은 수소를 연료전지를 사용하는 장치에 적합한 압력으로 압축하는 적어도 2개 이상의 수소압축기와;

상기 각각의 수소 압축기와 직렬로 연결되어 압축된 수소가스를 연료전지를 사용하는 장치에 장착된 고압저장용기로 분배하는 과정에서 고압저장용기 각 단의 분배밸브로 작동 순위를 적절하게 조정하는 적어도 2개 이상의 순위제어 판넬과;

상기 수소압축기에서 압축된 여분의 수소가스가 일시 저장되어 상기 순위제어 판넬로 다시 공급하도록 하는 수 개의 압축수소가스 저장용기와;

상기 순위제어 판넬을 통하여 공급되는 수소가스를 충진노즐을 통하여 연료전지를 사용하는 장치에 장착되는 고압저장용기에 충진하되 수소가스의 압력조정과 계량 및 요금계산 등의 기능을 가진 하나 이상의 수소가스 충진기로 구성됨을 특징으로 한다.

아울러, 수소가스 생산설비가 추가로 구비되었을 경우, 상기 수소가스 생산설비에서 공급되는 수소가스는 수소가스 저장탱크로 이송되고, 상기 수소가스 저장탱크에서 수소압축기로 이송하기 전에는 수소가스 내부에 잔류하는 이물질을 제거하는 수소필터와 투입된 가스량을 측정하는 수소가스 유량계가 추가로 연결됨을 특 징으로 한다.

또한, 압축수소 수송트레일러가 추가로 구비되었을 경우, 상기 압축수소 수송트레일러에서 공급되는 수소가스는 내부에 잔류하는 이물질을 제거하는 수소필터와 투입된 가스량을 측정하는 수소가스 유량계를 거쳐 일 압축수소가스 저장용기의 수소가스와 합쳐져 순위제어 판넬로 공급되도록 구성됨을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 압축 수소를 저장하여 공급할 수 있는 안전하고 효율적인 수소 스테이션을 개발하여 수소에너지 이용을 활성화하는 효과가 있다.

또한, 압축수소가스 저장용기를 두어 수소의 압축에 의한 에너지의 소모를 효과적으로 절감할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또 친환경적인 에너지의 사용으로 환경보호 및 지구온난화 방지의 효과가 있다.

이에 본 발명의 구성을 첨부된 도면에 의하여 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 개념도로서, 연료전지용 수소를 저장하여 공급하는 수소스테이션에 있어서;

공급받은 수소를 저장하는 수소가스 저장탱크(1)와;

상기 수소가스 저장탱크(1)에서 공급받은 수소를 연료전지를 사용하는 장치에 적합한 압력으로 압축하는 적어도 2개 이상의 수소압축기(2)와;

상기 각각의 수소 압축기(2)와 직렬로 연결되어 압축된 수소가스를 연료전지를 사용하는 장치에 장착된 고압저장용기로 분배하는 과정에서 고압저장용기 각 단의 분배밸브로 작동 순위를 적절하게 조정하는 적어도 2개 이상의 순위제어 판넬(3)과;

상기 수소압축기(2)에서 압축된 여분의 수소가스가 일시 저장되어 상기 순위제어 판넬(3)로 다시 공급하도록 하는 수 개의 압축수소가스 저장용기(4)와;

상기 순위제어 판넬(3)을 통하여 공급되는 수소가스를 충진노즐(51)을 통하여 연료전지를 사용하는 장치에 장착되는 고압저장용기에 충진하되 수소가스의 압력조정과 계량 및 요금계산 등의 기능을 가진 하나 이상의 수소가스 충진기(5)로 구성됨을 특징으로 하는 수소 스테이션을 나타내었다.

이때 수소가스 저장탱크(1)는 수소개질장치 및 외부로부터 공급받은 수소를 일시 저장하는 압력용기이며, 수소 압축기는 공급받은 수소를 연료전지에 적합한 압력(약 35MPa ~ 70MPa)으로 압축하는 기계장치다.

또 상기 구성에 중요한 점은 수소는 화재발생시 연소속도가 극히 빠른 기체로 화기로부터 자유로운 설계가 가장 중요하다고 할 수 있으며 본 발명에서는 두 개 이상의 수소 압축기(2)와 수 개의 압축수소가스 저장용기(4) 등 그 각각의 구성을 분리하고 배관으로 연결되어 한 곳에서 화재발생시 다른 곳에서 그 연결관로를 즉시 폐쇄할 수 있도록 하여 그 안전성을 높일 수 있는 것이다.

또한 수소가스 충진기(5)에 의하여 압축수소가스가 배출되지 않는 상황에서 항시 수소압축기(2)를 운용할 수 없으며, 또한 압축한 후에 공급하는 중 여분의 압 축수소가 남았을 경우 등 여러 가지 상황에서 여분의 압축수소를 상기 압축수소가스 저장용기(4)에 저장하도록 하면 상기 압축기의 상시 운전에 따른 안전문제와 수명문제를 개선하고 동력에너지 절감의 효과가 있는 것이다.

도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 개념도로서, 수소가스 생산설비(6)가 추가로 구비되었을 경우, 상기 수소가스 생산설비(6)에서 공급되는 수소가스는 수소가스 저장탱크(1)로 이송되고, 상기 수소가스 저장탱크(1)에서 수소압축기(2)로 이송하기 전에는 수소가스 내부에 잔류하는 이물질을 제거하는 수소필터(7)와 투입된 가스량을 측정하는 수소가스 유량계(8)가 추가로 연결되는 실시 예를 나타내었다.

이러한 실시 예는 일반적으로 수소가스 생산설비(6)에서 공급되는 수소는 압축되지 않은 상태(저압)로 공급되는 것이 압축된 상태(고압)로 공급하는 것보다 위험성 및 효율성이 좋으므로 공급라인은 상기 수소가스 저장탱크(1)로 연결되는 것이 바람직하다.

이때 상기 수소필터(7) 및 수소가스 유량계(8)는 제1 실시 예에서도 적용이 바람직한 것이다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 개념도로서, 압축수소 수송트레일러(9)가 추가로 구비되었을 경우, 상기 압축수소 수송트레일러(9)에서 공급되는 수소가스는 내부에 잔류하는 이물질을 제거하는 수소필터(7)와 투입된 가스량을 측정 하는 수소가스 유량계(8)를 거쳐 일 압축수소가스 저장용기(4)의 수소가스와 합쳐져 순위제어 판넬(3)로 공급되도록 구성됨을 나타내었다.

즉 트레일러로 운송할 경우 압축된 상태로 운송하는 것이 바람직하므로 이는 상기 압축수소가스 저장용기(4)로 유입되거나 또는 상기 압축수소가스 저장용기(4)의 수소와 직접 수소가스 충진기(5)를 통하여 자동차에 주입하는 것이 바람직하다.

물론 상황에 따라 수소가스 저장탱크(1)에 주입되도록 관로를 별도로 형성하거나 기존 관로를 사용할 수도 있다.

한편, 상기한 실시예에서는 수소 압축기(2) 1대와 압축가스 수송용기(4)가 상기 순위제어 판넬(3)에 제어 가능하게 연결되되, 1대의 순위제어 판넬(3)로 가스 공급을 제어하는 것으로 설명되어 있으나, 도면에 예시된 바와 같이 2대의 순위제어 판넬(3) 각각이 상기 수소 압축기(2)와 압축가스 수송용기(4)에 각각 연결되어 있어, 이중으로 가스공급을 재개할 수 있게 구성되어 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 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 개념도

도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 개념도

도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 개념도

<도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 수소가스 저장탱크 2 : 수소 압축기

3 : 순위제어 판넬 4 : 압축가스 수송용기

5 : 수소가스 충진기 51 : 충진노즐

6 : 수소가스 생산설비 7 : 수소필터

8 : 수소가스 유량계 9 : 압축수소 수송트레일러

Claims (3)

1. 연료전지용 수소를 저장하여 공급하는 수소스테이션에 있어서;

   공급받은 수소를 저장하는 수소가스 저장탱크(1)와;

   상기 수소가스 저장탱크(1)에서 공급받은 수소를 연료전지를 사용하는 장치에 적합한 압력으로 압축하는 적어도 2개 이상의 수소압축기(2)와;

   상기 각각의 수소 압축기(2)와 직렬로 연결되어 압축된 수소가스를 연료전지를 사용하는 장치에 장착된 고압저장용기로 분배하는 과정에서 고압저장용기 각 단의 분배밸브로 작동 순위를 적절하게 조정하는 적어도 2개 이상의 순위제어 판넬(3)과;

   상기 수소압축기(2)에서 압축된 여분의 수소가스가 일시 저장되어 상기 순위제어 판넬(3)로 다시 공급하도록 하는 수 개의 압축수소가스 저장용기(4)와;

   상기 순위제어 판넬(3)을 통하여 공급되는 수소가스를 충진노즐(51)을 통하여 연료전지를 사용하는 장치에 장착되는 고압저장용기에 충진하되 수소가스의 압력조정과 계량 및 요금계산 등의 기능을 가진 하나 이상의 수소가스 충진기(5)로 구성됨을 특징으로 하는 수소 스테이션.
2. 제 1항에 있어서, 수소가스 생산설비(6)가 추가로 구비되었을 경우, 상기 수소가스 생산설비(6)에서 공급되는 수소가스는 수소가스 저장탱크(1)로 이송되고, 상기 수소가스 저장탱크(1)에서 수소압축기(2)로 이송하기 전에는 수소가스 내부에 잔류하는 이물질을 제거하는 수소필터(7)와 투입된 가스량을 측정하는 수소가스 유량계(8)가 추가로 연결됨을 특징으로 하는 수소 스테이션.
3. 제 1항에 있어서, 압축수소 수송트레일러(9)가 추가로 구비되었을 경우, 상기 압축수소 수송트레일러(9)에서 공급되는 수소가스는 내부에 잔류하는 이물질을 제거하는 수소필터(7)와 투입된 가스량을 측정하는 수소가스 유량계(8)를 거쳐 일 압축수소가스 저장용기(4)의 수소가스와 합쳐져 순위제어 판넬(3)로 공급되도록 구성됨을 특징으로 하는 수소 스테이션.

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