KR20170066587A - 수소 스테이션 - Google Patents

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KR20170066587A
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다카시 오쿠노
히토시 다카기
겐지 나구라
다이스케 와다
다쿠로 우바
아키토시 후지사와
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

본 발명의 과제는 가스 공급 시스템을 용이하게 반송하는 것을 가능하게 하고, 또한 가스 공급 시스템을 설치할 때의 자유도를 증가시키는 것이다. 수소 스테이션이며, 탱크 탑재 장치로 가스를 충전하는 충전 설비와, 상기 충전 설비에 가스를 공급하는 가스 공급 시스템을 구비하고, 상기 가스 공급 시스템은, 가스를 압축하는 압축기와, 상기 압축기를 수용하는 압축기 수용체와, 상기 충전 설비에 유입된 가스, 또는 유입되기 직전의 가스를 냉각하기 위한 냉동기이며 증발부, 팽창부 및 압축부를 포함하는 것과, 상기 증발부, 상기 팽창부 및 상기 압축부를 수용하는 쿨러 수용체를 포함하고, 상기 압축기 수용체 및 상기 쿨러 수용체는 서로 착탈 가능한 것이다.

Description

수소 스테이션 {HYDROGEN STATION}
본 발명은 수소 스테이션에 관한 것이다.
최근, 연료 전지 자동차나 수소 자동차 등의 수소 가스를 이용하는 차량(이하, 간단히 「차량」이라고 함)의 개발이 행해지고 있고, 이에 수반하여 차량의 탱크에 수소 가스를 충전하기 위한 수소 스테이션의 개발도 진행되고 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에는 수소 제조 장치와, 당해 수소 제조 장치를 적재한 상태로 이동 가능한 트럭을 구비하는 이동식의 수소 스테이션이 개시되어 있다. 이 수소 스테이션은 수소 가스를 압축하는 압축기, 압축기로부터 토출된 수소 가스를 저류하는 축압기, 축압기로부터 공급되는 수소 가스를 차량에 충전하기 위한 디스펜서 등을 구비하고 있다. 특허문헌 1에 기재된 수소 스테이션은 트럭으로 이동할 수 있으므로, 수소 스테이션을 설치하기 위한 부지의 확보가 곤란한 경우라도, 차량으로 수소 가스를 충전할 수 있다.
한편, 수소 스테이션을 기존의 가스 스테이션(소위 주유소) 등의 용지 내에 설치하는 것이 제안되어 있다. 그러나, 기존 설비가 존재하는 용지에서는, 수소 스테이션을 설치하기 위한 충분한 설치 스페이스를 확보하는 것이 곤란한 경우가 있다. 또한, 용지 내의 설치 스페이스에 맞추어 수소 스테이션의 각종 기기를 현지에서 조립하려고 하면, 반송 비용이나 조립 비용이 증대해 버린다. 특허문헌 1에 기재된 수소 스테이션에서는 수소 제조 장치를 용지에 고정하는 것이 상정되어 있지 않으므로, 수소 제조 장치를 트럭으로부터 분리할 수 없거나, 혹은 분리할 수 있었다고 해도, 용지의 스페이스에 맞추어 각 기기를 적절한 배치(용지 내에 들어가는 배치)로 하는 것이 곤란하다.
일본 특허 공개 제2004-017701호 공보
본 발명의 목적은 용지 내에 있어서의 설치의 자유도의 향상이 가능한 수소 스테이션을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 국면에 따르는 수소 스테이션은, 탱크 탑재 장치로 가스를 충전하는 충전 설비와, 상기 충전 설비에 가스를 공급하는 가스 공급 시스템을 구비하고, 상기 가스 공급 시스템은, 가스를 압축하는 압축기와, 상기 압축기를 수용하는 압축기 수용체와, 상기 충전 설비에 유입된 가스, 또는 유입되기 직전의 가스를 냉각하기 위한 냉동기이며 증발부, 팽창부 및 압축부를 포함하는 것과, 상기 증발부, 상기 팽창부 및 상기 압축부를 수용하는 쿨러 수용체를 포함하고, 상기 압축기 수용체 및 상기 쿨러 수용체는 서로 탈착 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 가스 공급 시스템을 갖는 수소 스테이션을 도시하는 도면이다.
도 2는 가스 냉각부를 도시하는 도면이다.
도 3은 냉동기를 도시하는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시하는 수소 스테이션의 측면도이다.
도 5는 수소 스테이션을 도시하는 평면도이다.
도 6은 수소 스테이션의 다른 형상을 도시하는 평면도이다.
도 7은 도 1에 도시하는 수소 스테이션의 변형예의 측면도이다.
도 8은 부호 300으로 나타나는 기기, 적재부 및 한 쌍의 가이드부의 평면도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 수소 스테이션(10)의 구성의 개략을 도시하는 도면이다. 수소 스테이션(10)은 가스 공급 시스템(2)과, 충전 설비인 디스펜서(11)를 구비한다.
가스 공급 시스템(2)은 디스펜서(11)에 수소 가스를 공급한다. 가스 공급 시스템(2)은 가스 유로(20)와, 압축기 유닛(21)과, 축압기 유닛(23)과, 쿨러 유닛(24)과, 수용 유닛(28)과, 제어부(29)를 구비한다. 수용 유닛(28), 압축기 유닛(21) 및 축압기 유닛(23)이 가스 유로(20) 상에 배치된다. 가스 유로(20) 내에는 디스펜서(11)를 향해 수소 가스가 흐르게 된다. 제어부(29)는 제어부 본체와, 후술하는 바와 같이 제어부 본체를 수용하는 제어부용 프레임체를 구비한다. 제어부 본체는 압축기 유닛(21), 축압기 유닛(23) 및 쿨러 유닛(24)을 제어한다. 이하의 설명에서는 압축기 유닛(21), 축압기 유닛(23), 쿨러 유닛(24), 수용 유닛(28), 디스펜서(11) 및 제어부(29)를 통합하여 「주요 기기」라고 한다. 또한, 「유닛」이라는 용어는 기능 블록을 의미하는 용어로서 사용된다.
압축기 유닛(21)은 왕복 이동식의 압축기(210)와, 압축기(210)를 수용하는 후술하는 압축기 수용체와, 가스 냉각부(22)를 구비한다. 또한, 이하, 「수용체」라는 용어는 기기류를 수용하는 상자상의 구조체라는 의미로 사용된다. 압축기(210)는 구동부(211)와, 압축부(212)를 구비한다. 압축부(212)는 피스톤과 실린더를 갖고, 구동부(211)의 동력에 의해 피스톤이 구동되고 실린더 내에서 수소 가스가 압축된다. 본 실시 형태에서는 압축부(212)의 수는 5이다.
도 2는 가스 냉각부(22)의 구성을 도시하는 도면이다. 가스 냉각부(22)는 냉각 유체인 냉각수가 충전된 냉각수 유로(220)와, 냉각수 펌프(221)와, 압축부(212)에 접속된 가스 쿨러(222)와, 배열부(223)를 구비한다. 가스 쿨러(222)는 마이크로 채널식 열교환기이다. 가스 쿨러(222)에는 도 1 및 도 2에 도시하는 가스 유로(20)가 접속된다. 배열부(223)는 열교환기(223a)와 팬(223b)을 구비한다. 냉각수 유로(220)에는 냉각수 펌프(221), 가스 쿨러(222) 및 배열부(223)의 열교환기(223a)가 배치된다. 가스 냉각부(22)에서는 가스 쿨러(222)에 있어서 압축부(212)의 토출부로부터 토출된 수소 가스와 냉각수가 열교환함으로써 가스 유로(20) 내의 수소 가스가 냉각된다. 가스 쿨러(222)에 있어서 열을 흡수한 냉각수는 배열부(223)의 열교환기(223a)에 유입되고, 팬(223b)에서 발생한 에어의 흐름에 의해 냉각된다. 열교환기(223a)에 있어서 냉각된 냉각수는 냉각수 펌프(221)에 의해 다시 가스 쿨러(222)로 보내진다.
도 1에 도시한 바와 같이, 축압기 유닛(23)은 복수(본 실시 형태에서는 3개)의 축압기(231)와, 밸브 부재(232a, 232b)와, 밸브 부재(232a, 232b) 및 축압기(231)를 수용하는 후술하는 축압기 수용체를 구비한다. 축압기(231)는 캡슐 형상이다. 축압기(231)에는 압축기 유닛(21)으로부터 토출된 수소 가스가 저류된다. 또한, 축압기(231)로부터 디스펜서(11)를 향해 수소 가스가 송출된다. 축압기(231)는 각각 동일한 설계 압력(예를 들어, 82㎫)으로 설계되어 있다. 축압기 유닛(23)에서는 축압기(231)의 입구측 및 출구측에 밸브 부재(232a, 232b)가 설치되어 있고, 제어부(29)가 밸브 부재(232a, 232b)의 개폐를 제어함으로써, 축압기(231)에 있어서의 수소 가스의 유출입이 제어된다.
또한, 본 가스 공급 시스템(2)은, 도 1에 도시된 바와 같이 복귀 유로(233)와, 리저버 탱크(234)와, 밸브 부재(235a, 235b)를 더 구비하고 있다. 복귀 유로(233)는 압축기(210)로부터 토출된 수소 가스를, 가스 유로(20) 중 압축기(210)의 상류측의 부위로 복귀시키는 유로이다. 리저버 탱크(234)에는 압축기(210)로부터 토출된 수소 가스가 저류된다. 밸브 부재(235a)는 복귀 유로(233) 중 리저버 탱크(234)보다도 상류측의 부위에 설치되어 있고, 밸브 부재(235b)는 복귀 유로(233) 중 리저버 탱크(234)보다도 하류측의 부위에 설치되어 있다. 리저버 탱크(234)로의 수소 가스의 저류, 즉 밸브 부재(235a)의 개폐는 제어부(29)에 의해 제어된다.
구체적으로, 압축기(210)로부터 토출된 수소 가스를 각 축압기(231)에 공급할 때는, 제어부(29)는 밸브 부재(235a, 235b)를 폐쇄하고, 밸브 부재(232a)를 개방한다. 그리고, 각 축압기(231)의 압력이 소정값(예를 들어, 80㎫) 이상이 되면, 제어부(29)는 밸브 부재(235a)를 개방한다. 그렇게 하면, 압축기(210)로부터 토출된 수소 가스 일부가 리저버 탱크(234)에 공급되기 때문에, 각 축압기(231)에 공급되는 수소 가스의 유량이 감소한다. 따라서, 각 축압기(231)의 압력이 소정값 이상이 된 후에 이들 축압기(231)에 수소 가스가 과잉으로 계속해서 공급되는 것에 기인하여 당해 축압기(231)에 과부하가 작용하는 것이 억제된다. 또한, 밸브 부재(235a)를 개방했다고 해도, 압축기(210)의 처리량(수소 가스의 토출량)이 충분히 크기 때문에, 각 축압기(231)로부터 리저버 탱크(234)로의 수소 가스의 유입은 발생하지 않는다.
그 후, 리저버 탱크(234)의 압력이 규정값(예를 들어, 40㎫)이 되면, 제어부(29)는 압축기(210)를 정지하고, 밸브 부재(235a)를 폐쇄한다. 또한, 리저버 탱크(234)의 압력은 복귀 유로(233) 중 리저버 탱크(234)의 상류측의 부위에 설치된 압력 센서로 검출된다. 단, 제어부(29)는 리저버 탱크(234)의 압력이 규정값이 되기 전에, 예를 들어 리저버 탱크(234)의 압력이 규정값보다도 낮은 기준값에 이르렀을 때에, 리저버 탱크(234) 내의 수소 가스를 압축기(210)로 복귀시키기 위해 밸브 부재(235a)를 폐쇄함과 함께 밸브 부재(235b)를 개방해도 된다. 이와 같이 하면, 압축기(210)에서의 수소 가스의 흡입압이 확보되기 때문에, 압축기(210)의 처리량이 확보된다. 혹은, 리저버 탱크(234)의 압력이 규정값이 된 후, 복귀 유로(233)로부터 리저버 탱크(234)를 분리하고, 당해 리저버 탱크(234)를 트레일러 등에 의해 별도의 설비(수소 스테이션 등)로 운반하고, 그 설비에서 리저버 탱크(234) 내의 수소 가스를 사용해도 된다. 이 경우, 복귀 유로(233) 중 리저버 탱크(234)로부터 하류측의 부위 및 밸브 부재(235b)는 생략되어도 된다.
쿨러 유닛(24)은 냉동기(26)와 브라인 회로(5)와 후술하는 쿨러 수용체를 구비한다. 도 1에서는 냉동기(26)의 증발부(31) 이외의 기기를 하나의 직사각형으로 나타내고 있다. 브라인 회로(5)는 브라인 유로(240)와, 브라인 펌프(241)와, 마이크로 채널식 열교환기인 프리쿨 열교환기(242)를 구비한다. 본 실시 형태에서는, 프리쿨 열교환기(242)는 디스펜서(11)에 내장되어 있다. 또한, 브라인 회로(5)에는 브라인을 저류하는 도시 생략의 브라인 탱크가 설치되어도 된다. 브라인 유로(240)에는 브라인이 충전됨과 함께, 브라인 펌프(241), 프리쿨 열교환기(242) 및 냉동기(26)의 증발부(31)가 배치된다.
브라인 회로(5)에서는 프리쿨 열교환기(242)에 있어서 수소 가스와 브라인이 열교환함으로써 디스펜서(11)에 유입된 수소 가스가 냉각된다. 프리쿨 열교환기(242)에 있어서 열을 흡수한 브라인은 냉동기(26)에 유입되어 냉각된다. 냉동기(26)에서 냉각된 브라인은 브라인 펌프(241)에 의해 다시 프리쿨 열교환기(242)로 보내진다.
도 3은 냉동기(26)의 구성을 도시하는 도면이다. 냉동기(26)는 냉매 유로(30)와, 증발부(31)와, 압축부(32)와, 응축부(33)와, 팽창부(34)를 구비한다. 냉매 유로(30)에는 냉매가 충전됨과 함께 증발부(31), 압축부(32), 응축부(33) 및 팽창부(34)가 배치된다. 증발부(31)는 도 1 및 도 3에 도시하는 브라인 유로(240)에 접속된다. 증발부(31)에서는 브라인과 냉매가 열교환함으로써, 브라인이 냉각됨과 함께 냉매가 증발한다. 도 3에 도시하는 압축부(32)는 증발부(31)로부터 유출된 냉매를 압축한다. 응축부(33)는 냉매가 흐르는 열교환기(331)와, 팬(332)을 구비한다. 압축부(32)로부터 열교환기(331)로 유입된 냉매는 팬(332)에서 발생한 에어의 흐름에 의해 방열되어 응축된다. 팽창부(34)는 응축부(33)로부터 유출된 냉매를 팽창시키고, 팽창된 냉매는 증발부(31)에 유입된다. 냉동기(26)는, 소위 히트 펌프 사이클에 의해 브라인을 냉각함으로써, 간접적으로 디스펜서(11)에 유입된 수소 가스를 냉각할 수 있다.
도 1에 도시하는 수용 유닛(28)은 도시 생략의 감압 밸브나 각종 계장기를 구비하고 있고, 외부로부터 공급되는 수소 가스를 수용한다. 감압 밸브는 가스 유로(20)를 통해 압축부(212)에 수소 가스를 수용하기 위해 수소 가스를 감압하는 것이고, 가스 유로(20)에 있어서의 압축부(212)의 흡입측에 배치된다.
디스펜서(11)는 축압기(231)로부터 송출된 수소 가스를 탱크 탑재 장치인 차량(9)에 충전한다. 차량(9)은, 예를 들어 연료 전지차이다.
차량(9)에 수소 가스가 충전될 때에는, 수용 유닛(28)으로부터 보내진 수소 가스가 압축기(210)에서 압축되고, 가스 냉각부(22)에서 냉각되면서 각 축압기(231)에 저류된다.
그리고, 차량(9)이 수소 스테이션(10)에 반입되면, 각 축압기(231)로부터 디스펜서(11)에 수소 가스가 공급됨과 함께, 디스펜서(11) 및 제어부(29)가 소정의 충전 프로토콜에 따라 차량(9)으로 수소 가스를 충전한다.
이때, 축압기 유닛(23)에서는, 먼저 첫번째의 축압기(231)[예를 들어, 도 1의 상측의 축압기(231)]로부터 수소 가스가 송출된다. 이하의 설명에서는 당해 축압기를 다른 축압기와 구별하는 경우에는 부호 「231a」를 부여한다. 디스펜서(11)는 차량(9) 내의 압력을 간접적으로 측정하여, 차량(9)과 축압기(231a) 사이의 압력차가 소정값 이하가 되었다고 판단하면, 가스 공급 시스템(2)의 제어부(29)에 대해 축압기(231a)로부터의 수소 가스의 송출을 정지하는 지시를 보낸다.
계속해서, 가스 공급 시스템(2)의 제어부(29)가 다른 축압기(231)(예를 들어, 도 1의 위에서 2번째의 축압기(231)]를 개방하여, 디스펜서(11)에 수소 가스가 송출된다. 이하, 당해 2번째의 축압기를 다른 축압기와 구별하는 경우는 부호 「231b」를 부여한다. 이에 의해 디스펜서(11)[혹은 축압기(231b)]와 차량(9) 사이의 압력차가 회복되고, 차량(9)으로 충전되는 수소 가스의 유량이 확보된다. 차량(9) 내의 탱크의 압력이 상승하고, 축압기(231b)와 차량(9) 사이의 압력차가 소정값 이하가 되었다고 디스펜서(11)가 판단하면, 가스 공급 시스템(2)의 제어부(29)는 축압기(231b)로부터의 수소 가스의 송출을 정지함과 함께, 또 다른 축압기(도 1의 하측에 위치하는 축압기)를 개방하여 수소 가스가 송출된다. 이에 의해, 디스펜서(11)와 차량(9) 사이의 압력차가 확보되어, 충분한 양의 수소 가스가 충전된다. 차량(9) 내의 탱크의 압력이 설정값이 되었다고 판단되면, 가스 공급 시스템(2)으로부터의 수소 가스의 공급이 정지된다.
이상과 같이, 축압기 유닛(23)에서는 차량(9)의 탱크의 저압 영역(예를 들어, 0㎫ 내지 40㎫)에 있어서 3개의 축압기(231) 중 하나가 사용되고, 중압 영역(40㎫ 내지 60㎫)에 있어서 다른 하나가 사용되고, 고압 영역(60㎫ 내지 70㎫)에 있어서 또 다른 하나가 사용된다. 가스 공급 시스템(2)이 차량(9)의 3개의 압력 영역에 따라 축압기(231)를 전환함으로써 디스펜서(11)가 충전 프로토콜에 따라 효율적으로 수소 가스를 충전하는 것이 가능해진다.
도 4는 수소 스테이션(10)의 측면도이고, 각 주요 기기가 일체화된 상태를 도시하고 있다. 또한, 도 4에서는 후술하는 공용 커버를 분리한 상태로 수소 스테이션(10)을 도시하고 있다. 도 5는 수소 스테이션(10)의 평면도이고, 도 4에 대응하고 있다. 또한, 도 4 및 도 5에서는 수소 스테이션(10)의 주요 기기만을 도시하고, 주변 부재의 도시를 생략하고 있다. 이하의 도 6에 있어서도 마찬가지이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 압축기 유닛(21)은 압축기(210)와, 도 2 및 도 4에 도시되는 가스 쿨러(222)(도 5에서는 도시 생략)를 수용하는 대략 직육면체 형상의 압축기 수용체(51)를 갖고 있다. 압축기 수용체(51)는 골조인 압축기용 프레임체(511)를 구비한다. 마찬가지로, 축압기 유닛(23)은 축압기(231) 및 밸브 부재(232a, 232b)를 수용하는 대략 직육면체 형상의 축압기 수용체(53)를 구비한다. 축압기 수용체(53)는 축압기용 프레임체(531)를 구비한다. 쿨러 유닛(24)은 도 3에 도시되는 증발부(31), 압축부(32), 팽창부(34), 그리고 도 1에 도시되는 브라인 펌프(241) 및 브라인 탱크(도시 생략)를 수용하는 대략 직육면체 형상의 쿨러 수용체(56)를 구비한다. 즉, 쿨러 수용체(56)는 쿨러 유닛(24)에 포함되는 기기 중 프리쿨 열교환기(242) 및 응축부(33) 이외의 기기를 수용한다. 도 4 및 도 5에서는 증발부(31), 압축부(32), 팽창부(34), 그리고 브라인 펌프(241) 및 브라인 탱크를 부호 300을 부여한 하나의 직사각형으로 나타내고 있다. 이하의 도 6 내지 도 8에 있어서도 마찬가지이다.
쿨러 수용체(56)는 쿨러용 프레임체(561)를 구비한다. 가스 공급 시스템(2)은 압축기용 프레임체(511), 축압기용 프레임체(531) 및 쿨러용 프레임체(561) 전체를 덮는 하나의 공용 커버(401)를 갖고 있다. 또한, 공용 커버(401) 중, 압축기용 프레임체(511)를 덮는 부위, 축압기용 프레임체(531)를 덮는 부위 및 쿨러용 프레임체(561)를 덮는 부위는 각각 압축기 수용체(51)의 일부, 축압기 수용체(53)의 일부 및 쿨러 수용체(56)의 일부를 구성한다. 도 5에서는 도시의 사정상, 공용 커버(401)의 상부의 도시를 생략하고 있지만, 실제로는 각 프레임체(511, 531, 561)의 상부도 공용 커버(401)로 덮여 있다.
압축기용 프레임체(511)는 중력 방향으로 연장되는 적어도 4개의 기둥부와, 기둥부끼리를 접속하는 복수의 연결부를 구비한다. 압축기용 프레임체(511)에 의해 압축기(210)의 주위에 대략 직육면체 형상의 공간이 획정된다.
도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 축압기용 프레임체(531)는 압축기용 프레임체(511)와 마찬가지로, 중력 방향으로 연장되는 적어도 4개의 기둥부와, 기둥부끼리를 접속하는 복수의 연결부를 구비한다. 축압기용 프레임체(531)에 의해 축압기(231)의 주위에 대략 직육면체 형상의 공간이 획정된다. 축압기 수용체(53) 내에 있어서, 3개의 축압기(231)는 각각, 수평면에 대해 평행이 되는 자세가 되고, 또한 Z방향인 중력 방향에 겹쳐서(중력 방향을 따라 배열하는 상태로) 배치되어 있다. 이하, 축압기(231)가 연신되는 방향인 도 4 및 도 5의 X방향을 수소 스테이션(10)의 「길이 방향」이라고 한다. 도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서는 가스 냉각부(22)의 배열부(223) 및 냉동기(26)의 응축부(33)는 축압기용 프레임체(531)의 상부에 배치된다. 단, 배열부(223) 및 응축부(33)는 축압기용 프레임체(531)의 측부 등 다른 장소에 배치되어도 된다. 또한, 도 5 및 도 6에서는 배열부(223) 및 응축부(33)의 도시를 생략하고 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 쿨러용 프레임체(561)는 압축기용 프레임체(511)와 마찬가지로, 중력 방향으로 연장되는 적어도 4개의 기둥부와, 기둥부끼리를 접속하는 복수의 연결부를 구비한다. 쿨러용 프레임체(561)에 의해, 도 5에 있어서 부호 300으로 나타난 기기[도 3에 도시되는 증발부(31), 압축부(32) 및 팽창부(34), 그리고 도 1에 도시되는 브라인 회로(5)의 브라인 펌프(241) 및 브라인 탱크]의 주위에 대략 직육면체 형상의 공간이 획정된다. 쿨러용 프레임체(561)의 중력 방향 하측에는 제어부(29)(도 1 참조)의 제어부 본체가 수용되는 대략 직육면체 형상의 제어부용 프레임체가 설치되어 있다.
길이 방향에 평행한 축압기 유닛(23)의 2개의 측부 중, 도 5에 있어서의 (＋Y)측의 측부(531a)를 따라, 압축기용 프레임체(511)와 쿨러용 프레임체(561)가 배열된다. 압축기용 프레임체(511) 및 쿨러용 프레임체(561)는 위치 결정 핀 등에 의해 위치 결정된 상태에서 볼트인 고정구(290)에 의해 서로 착탈 가능하게 접속된다. 가스 공급 시스템(2)에서는 길이 방향, 즉, 축압기 수용체(53)의 하나의 측부(531a)를 따르는 방향에 있어서, 압축기용 프레임체(511) 및 쿨러용 프레임체(561)의 길이의 합이, 축압기용 프레임체(531)의 길이와 대략 동일해진다.
압축기용 프레임체(511)와 축압기용 프레임체(531)가 수평면 내에 있어서 길이 방향과 직교하는 폭 방향(도 4, 5의 Y방향)을 따라 배열된다. 압축기용 프레임체(511) 및 축압기용 프레임체(531)는 위치 결정된 상태에서 고정구(290)에 의해 서로 착탈 가능하게 접속되어 있다. 또한, 쿨러용 프레임체(561)와 축압기용 프레임체(531)가 폭 방향을 따라 배열된다. 쿨러용 프레임체(561) 및 축압기용 프레임체(531)는 고정구(290)에 의해 서로 착탈 가능하게 접속되어 있다.
폭 방향, 즉, 수평면 내이며 축압기 수용체(53)의 하나의 측부(531a)에 수직인 방향에 있어서, 쿨러용 프레임체(561) 및 축압기용 프레임체(531)의 길이의 합이, 압축기용 프레임체(511) 및 축압기용 프레임체(531)의 길이의 합과 대략 동일해진다.
또한, 쿨러용 프레임체(561)의 하방에 설치된 이미 설명한 제어부용 프레임체는 쿨러용 프레임체(561), 축압기용 프레임체(531) 및 압축기용 프레임체(511)에 착탈 가능하게 접속되어 있다. 중력 방향에 있어서, 도 4에 도시하는 축압기용 프레임체(531)의 높이는 도 5의 압축기용 프레임체(511)의 높이, 그리고 쿨러용 프레임체(561) 및 쿨러용 프레임체(561)의 하측에 위치하는 제어부용 프레임체의 높이의 합과 대략 동일해진다. 이상과 같이, 가스 공급 시스템(2)은 압축기 유닛(21), 축압기 유닛(23), 쿨러 유닛(24) 및 제어부(29)(도 1 참조)가 일체화됨으로써 대략 직육면체 형상이 된다.
도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 수용 유닛(28)은 대략 직육면체 형상의 수용 유닛 수용체(58)에 수용되어 있다. 도 5에 도시한 바와 같이, 수용 유닛 수용체(58)는 압축기 유닛(21) 중 길이 방향에 대해 당해 압축기 유닛(21)을 기준으로 하여 쿨러 유닛(24)이 배치된 측과는 반대측, 즉, (＋X)측의 부위에 고정 부재(292)에 의해 착탈 가능하게 접속되어 있다.
도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 디스펜서(11)는 대략 직육면체 형상이다. 디스펜서(11)는 축압기 유닛(23)의 폭 방향에 평행한 2개의 측부 중 쿨러 유닛(24)에 가까운 측부, 즉, (-X)측의 측부에 고정 부재(294)에 의해 착탈 가능하게 접속되어 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 수소 스테이션(10)에서는 가스 유로(20) 중 압축기용 프레임체(511)와 축압기용 프레임체(531)의 경계에 위치하는 부위(201), 축압기 유닛(23)과 디스펜서(11)의 경계에 위치하는 부위(202) 및 수용 유닛 수용체(58)와 압축기 유닛(21)의 경계에 위치하는 부위(203)에 가요성을 갖는 배관(이하, 「벤딩 배관」이라고 함)이 사용된다. 가스 유로(20)에서는 벤딩 배관의 양측에 위치하는 다른 배관이 수소 스테이션(10)의 각 주요 기기의 위치 어긋남에 의해 소정 위치로부터 변위되어 버려도, 벤딩 배관이 휨으로써 당해 위치 어긋남이 흡수된다. 또한, 벤딩 배관에 의해 가스 유로(20) 내를 수소 가스가 흐를 때에 발생하는 열응력도 흡수된다.
수소 스테이션(10)을 용지에 설치할 때에는, 미리 공장 내에서 압축기 유닛(21)과, 축압기 유닛(23)과, 쿨러 유닛(24)과, 수용 유닛(28)과, 디스펜서(11)와, 제어부(29)가 각각 개별로 조립된다. 그리고, 이들 주요 기기가 트럭 등으로 출하되고, 수소 스테이션(10) 용지 내에서 서로 조립되어 도 5에 도시한 상태가 된다.
수소 스테이션(10)의 각 주요 기기를 수용하는 각 수용체가 일체화됨으로써, 수소 스테이션(10)의 설치 면적을 작게 할 수 있다. 또한, 축압기 수용체(53)의 하나의 측부(531a)를 따라 압축기 수용체(51) 및 쿨러 수용체(56)가 배열된다. 즉, 축압기(231)와 길이 방향으로 겹치지 않도록 압축기 유닛(21) 및 쿨러 유닛(24)이 축압기 유닛(23)에 접속된다. 이에 의해, 축압기 유닛(23)의 메인터넌스 등을 용이하게 행할 수 있다.
그런데, 수소 스테이션(10)을 설치 가능한 스페이스는 용지마다 다르고, 도 5에 도시한 상태로 수소 스테이션(10)을 용지 내에 설치하는 것이 곤란한 경우가 있다. 그래서, 수소 스테이션(10)은 용지 내의 설치 스페이스에 따라 형상이 변경 가능하게 되어 있다.
도 6은 변형된 수소 스테이션(10)의 구성을 도시하는 도면이다. 압축기 수용체(51)와, 쿨러 수용체(56)와, 수용 유닛 수용체(58)가 일체화됨으로써 제1 조립체가 형성된다. 축압기 수용체(53) 및 디스펜서(11)가 일체화됨으로써 제1 조립체와는 다른 제2 조립체가 형성된다. 제1 조립체와 제2 조립체는 서로 이격된 상태로 배치된다. 압축기용 프레임체(511), 축압기용 프레임체(531) 및 쿨러용 프레임체(561)에는 각각 개별 커버(402, 403, 404)가 설치된다. 즉, 압축기용 프레임체(511) 및 개별 커버(402)에 의해 압축기 수용체(51)가 형성된다. 축압기용 프레임체(531) 및 개별 커버(403)에 의해 축압기 수용체(53)가 형성된다. 쿨러용 프레임체(561) 및 개별 커버(404)에 의해 쿨러 수용체(56)가 형성된다. 도 6에서는 도시의 사정상, 개별 커버(402 내지 404)의 상부의 도시를 생략하고 있지만, 각 프레임체(511, 531, 561)의 상부도 개별 커버(402 내지 404)에 의해 덮여 있다. 가스 유로(20) 중 압축기 유닛(21)과 수용 유닛(28)의 경계에 위치하는 부위(203) 및 디스펜서(11)와 축압기 유닛(23)의 경계에 위치하는 부위(202)에는 벤딩 배관이 사용된다.
수소 스테이션(10)이 제1 조립체와 제2 조립체로 나뉨으로써, 모든 주요 기기가 일체화된 상태로 수소 스테이션(10)을 설치하는 것이 곤란한 용지라도, 수소 스테이션(10)을 설치하는 것이 가능해진다. 또한, 차량이나 사람의 왕래가 많은 디스펜서(11)의 주위에 설치되는 기기의 수를 삭감할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 가스 공급 시스템(2)을 갖는 수소 스테이션(10)에 대해 설명했지만, 수소 스테이션(10)에서는 압축기 수용체(51)와, 축압기 수용체(53)와, 쿨러 수용체(56)와, 수용 유닛 수용체(58)와, 디스펜서(11)와, 제어부(29)가 서로 탈착 가능하다. 이에 의해, 압축기 유닛(21)과, 축압기 유닛(23)과, 쿨러 유닛(24)과, 수용 유닛(28), 디스펜서(11)와, 제어부(29)를 서로 독립적으로 취급하는 것이 가능해진다. 즉, 수소 가스를 디스펜서(11)에 공급하는 과정에 있어서의 기기의 역할 구분에 기초하여 이들 주요 기기가 유닛화되고, 서로 독립적으로 취급된다. 따라서, 수소 스테이션(10)의 형상을 다양하게 변경할 수 있고, 용지 내에 있어서의 수소 스테이션(10)의 설치의 자유도를 확보할 수 있다.
주요 기기가 유닛화되고, 또한 유닛마다 수용체에 수용됨으로써 기기 단위에서의 반송이 가능해지고, 수소 스테이션(10)이 완성된 상태로 반송되는 경우에 비해 반송 작업의 부하나 비용이 저감된다. 또한, 주요 기기가 공장 내에서 유닛화되어 출하되기 때문에, 용지 내에서 각 주요 기기가 조립되는 경우에 비해 조립 비용이 저감된다. 단, 도 5에 도시한 바와 같이 주요 기기가 일체화된 상태로 사용되는 것을 미리 알고 있는 경우에는, 조립한 수소 스테이션(10)을 용지까지 반송해도 된다. 이 경우, 벤딩 배관이 이용됨으로써, 수소 스테이션(10)의 반송 도중에 가스 유로(20)에 발생하는 진동이 흡수된다.
수용 유닛 수용체(58)와, 압축기 수용체(51)가 일체화됨으로써 가스 공급 시스템(2)의 크기를 억제할 수 있다. 또한, 디스펜서(11)와 축압기 수용체(53)가 일체화됨으로써, 수소 스테이션(10)의 크기를 억제할 수 있다. 복수의 축압기(231)가 중력 방향으로 겹쳐서 배치됨으로써, 가스 공급 시스템(2)의 수평 방향에 있어서의 설치 스페이스의 증대를 억제할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되는 것은 아니고, 다양한 변경이 가능하다.
예를 들어, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 쿨러 수용체(56)는 적재부(562)와, 한 쌍의 가이드부(563)를 더 구비해도 된다. 적재부(562)는 부호 300으로 나타나는 기기, 즉, 증발부(31), 압축부(32) 및 팽창부(34), 그리고 브라인 펌프(241) 및 브라인 탱크를 적재하기 위한 부재이다. 적재부(562)는 상기 기기를 하방으로부터 지지 가능한 판상으로 형성되어 있다. 적재부(562)는 쿨러용 프레임체(561)의 저부로부터 상방으로 이격된 위치에 배치되어 있다. 단, 적재부(562)는 상기 기기를 쿨러용 프레임체(561)의 저부로 지지하는 위치(도 4에 도시되는 위치)에 배치되어도 된다. 한 쌍의 가이드부(563)는 적재부(562)가 쿨러용 프레임체(561) 내에 위치하는 수용 위치(도 7 및 도 8에 있어서 파선으로 나타나는 위치)와, 적재부(562)가 쿨러용 프레임체(561) 밖에 위치하는 노출 위치(도 7 및 도 8에 있어서 이점 쇄선으로 나타나는 위치) 사이에서 적재부(562)가 폭 방향(Y방향)을 따라 쿨러용 프레임체(561)에 대해 변위할 수 있도록 구성되어 있다. 예를 들어, 각 가이드부(563)는 쿨러용 프레임체(561)에 고정된 제1 가이드 레일과, 적재부(562)에 고정된 제2 가이드 레일을 갖는다. 제2 가이드 레일은 적재부(562)의 폭 방향(X방향)의 단부에 설치되어 있고, 제1 가이드 레일을 따라 변위 가능하다. 이 경우, 브라인 유로(240)는 신축 가능한 신축 배관으로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 냉매 유로(30) 중 적어도 압축부(32)와 열교환기(331) 사이의 부위 및 열교환기(331)와 팽창부(34) 사이의 부위도, 상기 신축 배관으로 구성되는 것이 바람직하다. 각 신축 배관은 적재부(562)가 상기 수용 위치로부터 상기 노출 위치로 변위되는 것을 허용하도록 연신된다. 이와 같이 하면, 쿨러용 프레임체(561)의 주위에 배치된 커버에 형성된 창을 통해, 브라인 유로(240) 및 냉매 유로(30)를 분단하지 않고 적재부(562)를 상기 노출 위치에 위치시킬 수 있다. 단, 브라인 유로(240)에 차단 밸브를 설치하고, 이 차단 밸브를 폐쇄함으로써 브라인 유로(240)로부터의 브라인의 유출을 방지한 상태로 당해 브라인 유로(240)를 분단하여 적재부(562)를 상기 노출 위치까지 인출해도 된다. 이는, 냉매 유로(30)측에 대해서도 마찬가지이다.
또한, 프리쿨 열교환기(242)는 디스펜서(11)의 외측에 설치되어도 된다. 이 경우, 프리쿨 열교환기(242)는 쿨러 수용체(56) 내에 수용되어도 된다. 쿨러 유닛(24)에서는 적어도 팽창부(34), 압축부(32) 및 증발부(31)가 쿨러 수용체(56)에 수용되는 것이라면, 브라인 펌프(241) 및 브라인 탱크가 쿨러 수용체(56)의 외측에 배치되어도 된다. 또한, 쿨러 수용체(56)와는 별도로 브라인 회로(5)의 각 기기를 수용하는 수용체가 설치되어도 되고, 당해 수용체가 쿨러 수용체(56)와는 독립하여 압축기 유닛(21), 축압기 유닛(23) 및 디스펜서(11)에 접속되어도 된다. 쿨러 유닛(24)은 디스펜서(11)에 유입되기 직전의 수소 가스를 냉각해도 된다.
상기 실시 형태에서는 주요 기기 중 압축기 유닛(21), 축압기 유닛(23) 및 쿨러 유닛(24)이 특히 대규모의 구성이 되는 점에서, 압축기 수용체(51), 축압기 수용체(53) 및 쿨러 수용체(56)가 서로 착탈 가능한 것에 의해, 용지 내에 있어서의 가스 공급 시스템(2)의 설치의 자유도를 향상시킬 수 있다.
상기 실시 형태에서는 축압기의 수가 3 이외의 수가 되어도 된다. 가스 냉각부(22)에서는 수소 가스를 냉각하는 냉각 유체로서 물 이외의 것이 사용되어도 된다. 고정구(290) 이외에 결속 부재 등의 체결 부재를 사용하여 압축기용 프레임체(511), 쿨러용 프레임체(561), 축압기용 프레임체(531) 및 제어부용 프레임체가 서로 착탈 가능하게 접속되어도 된다.
가스 공급 시스템(2)은 차량 이외의 탱크 탑재 장치로의 수소 가스의 충전에 이용되어도 된다. 가스 공급 시스템(2)은 수소 가스 이외의 가스의 공급에 사용되어도 된다.
또한, 쿨러 유닛(24)은 냉동기(26)만[즉, 브라인 회로(5) 없이]으로 구성되어도 된다.
또한, 디스펜서(11)는 각 유닛(21, 23, 24)으로부터 이격하여 배치되어도 된다.
또한, 각 축압기(231)는 서로 분리하여 배치되어도 된다.
또한, 압축기(210) 대신에, 전기 분해 등에 의해 고압의 수소 가스를 발생시키는 수소 발생 장치가 사용되어도 된다.
여기서, 상기 실시 형태에 대해 개략적으로 설명한다.
본 실시 형태의 수소 스테이션은 탱크 탑재 장치로 가스를 충전하는 충전 설비와, 상기 충전 설비에 가스를 공급하는 가스 공급 시스템을 구비하고, 상기 가스 공급 시스템은 가스를 압축하는 압축기와, 상기 압축기를 수용하는 압축기 수용체와, 상기 충전 설비에 유입된 가스, 또는 유입되기 직전의 가스를 냉각하기 위한 냉동기이며 증발부, 팽창부 및 압축부를 포함하는 것과, 상기 증발부, 상기 팽창부 및 상기 압축부를 수용하는 쿨러 수용체를 포함하고, 상기 압축기 수용체 및 상기 쿨러 수용체는 서로 탈착 가능하다.
본 수소 스테이션에 의하면, 용지 내에 있어서의 당해 가스 공급 시스템의 설치 자유도가 향상된다.
이 경우에 있어서, 상기 가스 공급 시스템은 각각이 상기 압축기로부터 토출된 가스를 저류함과 함께, 상기 충전 설비로 가스를 송출하는 복수의 축압기와, 상기 복수의 축압기를 수용하는 축압기 수용체를 더 구비하고, 상기 압축기 수용체, 상기 축압기 수용체 및 상기 쿨러 수용체는 서로 착탈 가능한 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 축압기 수용체를 포함하는 수소 스테이션의 설치의 자유도가 향상된다.
구체적으로, 상기 압축기 수용체, 상기 축압기 수용체 및 상기 쿨러 수용체가 일체화되어 있고, 상기 압축기 수용체 및 상기 쿨러 수용체는 상기 축압기 수용체의 하나의 측부를 따라 배열되도록 배치되어 있는 것이 바람직하다.
이 형태에서는 수소 스테이션의 설치 면적을 작게 할 수 있다.
또한, 본 수소 스테이션에 있어서, 상기 가스 공급 시스템은 상기 압축기에 흡입되는 가스를 감압하면서 외부로부터 수용하는 수용 유닛과, 상기 수용 유닛을 수용하는 수용 유닛 수용체를 더 구비하고, 상기 압축기 수용체 및 상기 수용 유닛 수용체는 서로 착탈 가능한 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 압축기 수용체와 수용 유닛 수용체가 일체화됨으로써, 수소 스테이션의 크기를 억제할 수 있다.
또한, 본 수소 스테이션에 있어서, 상기 복수의 축압기는 서로 중력 방향으로 겹쳐지도록 배치되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 수평 방향의 설치 스페이스의 대형화가 방지된다.
또한, 본 수소 스테이션에 있어서, 상기 가스 공급 시스템은 각 축압기에 대해 병렬로 접속되어 있고, 상기 압축기로부터 토출된 가스를 저류하는 리저버 탱크와, 상기 압축기로부터 각 축압기 및 상기 리저버 탱크로의 상기 가스의 공급을 제어하는 제어부를 더 구비하고, 상기 제어부는 각 축압기의 압력이 소정값 이상일 때에 상기 압축기로부터 상기 리저버 탱크로 상기 가스를 공급시키는 것이 바람직하다.
이 형태에서는, 각 축압기의 압력이 소정값(예를 들어, 축압기에 가스가 거의 만충전되었을 때의 값)일 때에, 리저버 탱크에 가스가 저류되므로, 각 축압기에 과잉으로 가스가 저류되는 것, 즉, 각 축압기에 과부하가 작용하는 것이 억제된다.
또한, 본 수소 스테이션에 있어서, 상기 쿨러 수용체는 상기 증발부, 상기 팽창부 및 상기 압축부를 당해 쿨러 수용체의 외부로 노출시키는 것이 가능하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 증발부, 팽창부 및 압축부의 메인터넌스가 용이해진다.
또한, 본 수소 스테이션에 있어서, 상기 충전 설비 및 상기 축압기 수용체는 서로 착탈 가능한 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 수소 스테이션의 크기를 억제할 수 있다.
이 경우에 있어서, 상기 압축기 수용체 및 상기 쿨러 수용체가 일체화됨으로써 제1 조립체가 형성되어 있고, 상기 축압기 수용체 및 상기 충전 설비가 일체화됨으로써 제2 조립체가 형성되어 있고, 상기 제1 조립체 및 상기 제2 조립체는 서로 이격된 상태로 배치되어 있는 것이 바람직하다.
충전 설비로 가스를 직접 송출하는 축압기 수용체만을 충전 설비에 접속하고, 다른 기기를 충전 설비와는 별체로 함으로써, 탱크 탑재 장치나 사람이 왕래하는 충전 설비의 주위의 영역에 설치되는 기기의 수를 삭감할 수 있다.

Claims (9)

  1. 수소 스테이션이며,
    탱크 탑재 장치로 가스를 충전하는 충전 설비와,
    상기 충전 설비에 가스를 공급하는 가스 공급 시스템
    을 구비하고,
    상기 가스 공급 시스템은,
    가스를 압축하는 압축기와,
    상기 압축기를 수용하는 압축기 수용체와,
    상기 충전 설비에 유입된 가스, 또는 유입되기 직전의 가스를 냉각하기 위한 냉동기이며 증발부, 팽창부 및 압축부를 포함하는 것과,
    상기 증발부, 상기 팽창부 및 상기 압축부를 수용하는 쿨러 수용체
    를 포함하고,
    상기 압축기 수용체 및 상기 쿨러 수용체는 서로 탈착 가능한, 수소 스테이션.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가스 공급 시스템은,
    각각이 상기 압축기로부터 토출된 가스를 저류함과 함께, 상기 충전 설비로 가스를 송출하는 복수의 축압기와,
    상기 복수의 축압기를 수용하는 축압기 수용체
    를 더 구비하고,
    상기 압축기 수용체, 상기 축압기 수용체 및 상기 쿨러 수용체는 서로 탈착 가능한, 수소 스테이션.
  3. 제2항에 있어서, 상기 압축기 수용체, 상기 축압기 수용체 및 상기 쿨러 수용체가 일체화되어 있고,
    상기 압축기 수용체 및 상기 쿨러 수용체는 상기 축압기 수용체의 하나의 측부를 따라 배열되도록 배치되어 있는, 수소 스테이션.
  4. 제1항에 있어서, 상기 가스 공급 시스템은,
    상기 압축기에 흡입되는 가스를 감압하면서 외부로부터 수용하는 수용 유닛과,
    상기 수용 유닛을 수용하는 수용 유닛 수용체
    를 더 구비하고,
    상기 압축기 수용체 및 상기 수용 유닛 수용체는 서로 탈착 가능한, 수소 스테이션.
  5. 제2항에 있어서, 상기 복수의 축압기는 서로 중력 방향으로 겹쳐지도록 배치되어 있는, 수소 스테이션.
  6. 제2항에 있어서, 상기 가스 공급 시스템은,
    각 축압기에 대해 병렬로 접속되어 있고, 상기 압축기로부터 토출된 가스를 저류하는 리저버 탱크와,
    상기 압축기로부터 각 축압기 및 상기 리저버 탱크로의 상기 가스의 공급을 제어하는 제어부
    를 더 구비하고,
    상기 제어부는, 각 축압기의 압력이 소정값 이상일 때에 상기 압축기로부터 상기 리저버 탱크로 상기 가스를 공급시키는, 수소 스테이션.
  7. 제1항에 있어서, 상기 쿨러 수용체는 상기 증발부, 상기 팽창부 및 상기 압축부를 당해 쿨러 수용체의 외부로 노출시키는 것이 가능하게 구성되어 있는, 수소 스테이션.
  8. 제1항에 있어서, 상기 충전 설비 및 상기 축압기 수용체는 서로 탈착 가능한, 수소 스테이션.
  9. 제8항에 있어서, 상기 압축기 수용체 및 상기 쿨러 수용체가 일체화됨으로써 제1 조립체가 형성되어 있고,
    상기 축압기 수용체 및 상기 충전 설비가 일체화됨으로써 제2 조립체가 형성되어 있고,
    상기 제1 조립체 및 상기 제2 조립체는 서로 이격된 상태로 배치되어 있는, 수소 스테이션.
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