KR20170135881A - 탱크에 연료 가스를 충진하기 위한 스테이션 및 방법 - Google Patents

탱크에 연료 가스를 충진하기 위한 스테이션 및 방법 Download PDF

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KR20170135881A
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wall
reservoir
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로랑 알리디어레스
줄리 플린
클레멘스 데빌라이어스
티보 프란체스코
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레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레？드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드
레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드
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Abstract

본 발명은 탱크(7)에 연료 가스를 충진하기 위한 스테이션(1) 및 방법에 관한 것이다. 상기 스테이션은 적어도 하나의 연료 가스 공급원 저장부(3), 및 공급원 저장부(들)(3)에 연결되는 제1 상류 단부 및 탱크(7)와 유체 소통되는 제2 하류 단부를 구비한 가스 전달 시스템(8)을 포함한다. 가스 전달 시스템(8)은 적어도 하나의 제어 밸브(9, 10)를 포함하되, 적어도 하나의 공급원 저장부(3)는 강성 외벽 및 강성 외벽에 의해 정의되는 공간 내에 배치되는 연성 밀봉벽(2)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 연성 벽(2)은 연료 가스를 위한 저장 공간을 정의한다. 시스템(8)의 제1 상류 단부는 연성 벽(2)에 의해 정의되는 저장 공간에 연결된다. 적어도 하나의 제어 밸브는 또한, 연성 벽(2)과 외벽 사이에 위치하는 공간이 공급원 저장부(3)에 액체를 전달하기 위한 시스템(12, 13)에 연결되어, 공급원 저장부(3)에 액체를 충진하거나 추출하고, 밀봉벽(2) 내에 연료 가스를 충진하고/충진하거나 추출할 때 저장부(3) 내의 압력을 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

탱크에 연료 가스를 충진하기 위한 스테이션 및 방법
본 발명은 탱크에 가압 가스를 충진하기 위한 스테이션 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 특히, 적어도 하나의 연료 가스 공급원 저장부, 및 공급원 저장부(들)에 연결되는 제1 상류 단부 및 충진될 탱크와 유체 소통되도록 의도되는 제2 하류 단부를 구비하며, 공급원 저장부로부터 탱크로의 가스의 전달을 제어하기 위한 적어도 하나의 밸브를 포함하는 가스 전달 회로를 포함하는, 탱크에 가압 연료 가스, 특히 수소를 충진하기 위한 스테이션에 관한 것이다.
본 발명은 특히 가압 수소 탱크의 충진에 적용된다.
연료 전지에 의해 전력을 공급받는 차량용 수소 가스 충진 스테이션은 수 분(예를 들어, 온보드 탱크의 경우 700바의 압력으로 3 내지 5분) 내로 탱크의 충진이 가능해야 한다. 이러한 시간 간격으로 전달될 가스량(예를 들어, 5 내지 7 kg)은 고압 압축기로부터의 직접 충진을 배제하여, 높은 유입 압력(예를 들어, 100바 초과)을 갖는 매우 높은 순시 전력의 압축기의 투자에 실패한다. 그러므로, 전달은 일반적으로 고압 저장부들로부터 실시되며, 스테이션에 설치되는 하나 이상의 고정 저장부와 연속적인 밸런싱을 실시함으로써 스테이션에 통합된다(이는 "캐스케이드" 충진으로 알려져 있다).
공지된 시스템은 예를 들어 비교적 큰 크기 및/또는 비교적 많은 수의 공급원 저장부들을 필요로 한다.
아울러, 이와 같은 밸런싱에 의해 내용물 중 일부만이 차량의 탱크에 실제로 전달되기 때문에(높은 잔류량), 이러한 해결방안은 스테이션 내의 고용량 고압 저장부들의 설치를 수반한다. 게다가, 탱크를 완전히 충진하면서 공급원 저장부수를 최소화하기 위해, 점점 더 높은 압력으로 복수의 연속적인 밸런싱을 수행할 필요가 있다. 이는 밸브들의 복잡한 시스템의 설치를 필요로 한다.
탱크가 충진됨에 따라 감소되는 다량의 액체를 내부에 수용하는 가압 가스 탱크를 제공하는 것이 공지되어 있다. 예를 들어 문헌 EP 2438346 A1, JP 2005273811 A2, 및 US 2011048576 A에 기재된 이러한 해결방안은 특정 임계치를 넘는 충진된 탱크의 가열을 방지하도록 설계된다.
본 발명의 목적은 전술한 종래 기술의 단점들의 전부 또는 일부를 완화하는 데에 있다.
이를 위해, 다른 경우엔 상기 서문에 의해 주어진 일반적인 정의를 따르는 본 발명에 따른 스테이션은, 적어도 하나의 공급원 저장부가 강성 외벽 및 강성 외벽에 의해 정의되는 공간 내에 배치되는 연성 밀봉벽을 포함하되, 연성 벽은 연료 가스를 위한 저장 공간을 정의하고, 회로의 제1 상류 단부는 연성 벽에 의해 정의되는 저장 공간에 연결되며, 연성 벽과 외벽 사이에 위치하는 공간은 공급원 저장부에 액체를 전달하기 위한 회로에 연결되어, 공급원 저장부에 액체를 충진하거나 추출하고, 밀봉벽 내에 연료 가스를 충진하고/충진하거나 추출할 때 저장부 내의 압력을 제어하는 것을 본질적으로 특징으로 한다.
충진 스테이션 내의 이와 같은 가스 저장부들의 사용은 많은 이점을 제공한다.
이러한 구조는 사용 수준을 최적화함으로써 충진 스테이션 내에 필요한 공급원 저장부수를 제한하는 것을 가능하게 한다. 심지어 캐스케이드 충진을 실시할 필요성도 없앨 수 있다.
시스템은 연성 블래더에 의해 수소와 압축 유체 사이의 물리적 분리를 가능하게 한다. 이는 또한 스테이션측의 등압 충진 및 그에 따른 스테이션의 저장부(들)의 압력 변동의 제한을 가능하게 한다. 이는 필요한 경우 사용 수명을 증가시킬 수 있다.
가스의 전달은 공급원 저장부에서 일정한 압력으로 실시될 수 있고, 그에 따라 전달되는 가스는 일정한 온도로 유지될 수 있다. 이는, 구비된 경우, 회로의 더 하류에서 가스를 냉각하기 위한 열교환기의 설계의 단순화를 가능하게 한다.
또한, 본 발명의 구현예들은 다음 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
- 액체 전달 회로는 액체 용기 및 액체 탱크로부터 공급원 저장부로 액체를 전달하도록 조정되는 펌프를 포함한다,
- 액체 전달 회로는, 밸브(들)의 시스템을 포함하며 한편으론 공급원 저장부, 다른 한편으론 액체 용기에 연결되어, 저장부로부터 액체 용기로 액체 및 적용 가능한 경우 가스를 소개하는 토출관을 포함한다,
- 토출관은 액체 용기와 공급원 저장부 사이의 특정 압력차를 유지하기 위한 통기 시스템을 형성하도록 구성되는 적어도 하나의 밸브 및 특히 압력 조절기를 포함한다,
- 밀봉벽은 0.08 내지 0.6 m3, 바람직하게는 0.08 내지 0.30 m3의 연료 가스를 위한 저장 공간(특히, 75리터 내지 300리터)을 공급원 저장부 내에 정의한다,
- 액체 전달 회로에 의해 전달되는 액체는: 물, 부동액 화합물이 추가된 물, 오일(특히, 미네랄 또는 실리콘 오일) 중 적어도 하나이다,
- 가스 전달 회로는 탱크에 전달되는 가스로부터, 공급원 저장부(3)에 수용되는 액체에서 유래된 임의의 오염, 특히 화학종을 제거하기 위한 흡착제 또는 분리기를 포함한다,
- 스테이션은 압축기, 또는 증발기와 관련되며, 가스 전달 회로 및 특히 공급원 저장부에 연결되어, 상기 압축기에 연결되는 연료 가스 공급원, 각각 액화 연료 가스 공급원으로부터의 가스를 공급원 저장부에 충진하는 것을 가능하게 하는 펌프를 각각 포함한다,
- 스테이션은 각각의 밸브들의 시스템을 통해 가스 전달 회로의 제1 상류 단부와 평행하게 연결되는 복수의 연료 가스 공급원 저장부를 포함하되, 각각의 공급원 저장부는 강성 외벽 및 강성 외벽에 의해 정의되는 공간 내에 배치되는 연성 밀봉벽을 포함하고, 각각의 저장부의 밀봉벽은 가스 전달 회로의 제1 단부에 연결되는 연료 가스 저장 공간을 정의하고, 각각의 공급원 저장부의 연성 벽과 외벽 사이에 위치하는 공간은 공급원 저장부에 액체를 전달하기 위한 회로에 연결되어, 저장부들에 액체를 충진하거나 추출하고, 저장부들의 밀봉벽 내에 가스를 충진하고/충진하거나 추출할 때 저장부들 내의 압력을 제어한다,
- 스테이션은 액체 용기, 및 액체 전달 회로에 연결되어 특정 유속으로 액체 용기(6)로부터 저장부로의 액체의 전달을 가능하게 하는 펌프를 포함한다,
- 가스 전달 회로는 탱크에 전달되는 가스의 선택적인 냉각을 위한 열교환기를 포함한다,
-압축기는 탱크의 직접 충진을 가능하게 하기 위해 적어도 하나의 공급원 저장부를 통과함 없이 가스 전달 회로 및 특히 상기 회로의 제2 단부에 연결된다,
- 적어도 하나의 공급원 저장부는 수직으로 배치되며, 연성 엔벨로프에 의해 정의되는 공간에 가스 전달 회로의 제1 단부를 연결하는 오리피스를 하부에 포함하고, 액체 전달 회로에 연성 벽과 외벽 사이에 위치하는 부피를 연결하는 오리피스를 상부에 포함한다,
- 액체 용기는 특정 임계치 초과의 압력을 위한 탈기 통기구를 포함한다.
본 발명은 또한, 충진 스테이션에 의해 탱크에 가압 연료 가스, 특히 수소를 충진하는 방법으로, 충진 스테이션은 적어도 하나의 연료 가스 공급원 저장부, 및 공급원 저장부에 연결되는 제1 상류 단부 및 충진될 탱크와 유체 소통되는 제2 단부를 구비한 가스 전달 회로를 포함하며, 가스 전달 회로는 공급원 저장부로부터 탱크로의 가스의 전달을 제어하기 위한 적어도 하나의 밸브를 포함하고, 적어도 하나의 공급원 저장부는 강성 외벽 및 강성 외벽에 의해 정의되는 공간 내에 배치되는 연성 밀봉벽을 포함하며, 밀봉벽은 연료 가스를 위한 저장 공간을 정의하고, 회로의 제1 상류 단부는 연성 벽에 의해 정의되는 저장 공간에 연결되며, 연성 벽과 외벽 사이에 위치하는 공간은 공급원 저장부에 액체를 전달하기 위한 회로에 연결되어, 저장부에 액체를 충진하거나 추출하는 것인 방법에 있어서, 적어도 하나의 공급원 저장부 내의 액체의 동시 주입 또는 제거에 의해 밀봉벽 내에 연료 가스를 충진하고/충진하거나 추출할 때 저장부 내의 압력을 모니터링하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다.
다른 가능한 특징들에 따르면,
- 방법은 적어도 하나의 공급원 저장부로부터 탱크로 가스를 전달하는 단계를 포함하되, 이러한 가스 전달과 동시에, 액체가 적어도 하나의 공급원 저장부에 주입되어, 상기 공급원 저장부 내의 압력 강하를 제한하거나 방지하고,
- 방법은 가압 연료 가스의 공급원으로부터 가스를 전달함으로써 적어도 하나의 공급원 저장부를 충진하는 단계를 포함하되. 이러한 가스 전달과 동시에, 액체가 적어도 하나의 공급원 저장부에서 추출되어, 상기 공급원 저장부 내의 압력 상승을 제한하거나 방지하며,
- 적어도 하나의 공급원 저장부는 200 내지 1000바, 바람직하게는 300 내지 900바의 압력으로 연료 가스를 수용한다.
본 발명은 또한 전술한 또는 후술하는 특징들의 임의의 조합을 포함하는 임의의 대안적인 장치 또는 방법에 관한 것일 수 있다.
다른 특징들 및 이점들은 도면을 참조하여 주어진 하기 설명을 숙독할 때 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 구현예의 구조 및 작동을 도시한 충진 스테이션의 개략적인 부분도이다.
도 2는 본 발명의 제2 구현예를 도시한, 도 1과 유사한 도면이다.
도 1에 도시된 충진 스테이션(1)의 예는 통상적으로 (수소와 같은) 연료 가스의 공급원 저장부(3) 및 가스 전달 회로(8)를 포함한다. 가스 전달 회로(8)는 공급원 저장부(3)에 연결되는 제1 상류 단부 및 (예를 들어, 호스의 단부에서 신속-연결 시스템을 통해) 충진될 탱크(7)와 유체 소통되도록 의도되는 제2 하류 단부를 구비한다.
가스 전달 회로(8)는 공급원 저장부(3)로부터 탱크(7)로의 가스의 전달을 제어하기 위한 적어도 하나의 밸브(9, 10)를 포함한다. 예를 들어, 회로는 공급원 저장부(3)와 하류 단부 사이에 제1 밸브(9; 예를 들어, 제어식 밸브), 압력 조절기(20), 다음으로 제2 밸브를 포함할 수 있다.
하나의 유리한 특징에 따르면, 공급원 저장부(3)는 강성, 예를 들어 복합 외벽, 및 강성 외벽에 의해 정의되는 공간 내에 배치되는 연성 밀봉벽(2)을 포함한다.
그러므로, 연성 벽(2)은 연료 가스를 위한 밀봉된 저장 공간을 정의하는 연성 블래더를 형성한다.
회로(8)의 제1 상류 단부는 연성 벽(2)에 의해 정의되는 저장 공간에 연결된다. 연성 벽(2)과 외벽 사이에 위치하는 공간은 공급원 저장부(3)에 액체를 전달하기 위한 회로(12, 13)에 연결되어, 공급원 저장부(3)에 액체를 충진하거나 추출하고, 그로 인해 밀봉벽(2) 내에 연료 가스를 충진하고/충진하거나 추출할 때 저장부(3) 내의 압력을 제어한다.
본 발명을 이와 같이 제한함 없이, 공급원 저장부 구조(3)는 문헌 EP 2438346 A1에 기재된 바를 따를 수 있다. 특히, 연성 밀봉벽(2)은 공급원 저장부(3)의 넥 또는 오리피스의 높이에서만 강성 벽에 연결될 수 있다. 마찬가지로, 이러한 연성 밀봉벽(2)은 강성 벽 내에 영구적으로 장착되거나, 특히 검사를 위해 착탈식으로 장착되어, 필요한 경우 교체를 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 공급원 저장부(3)의 강성 벽은 복합 재료로 이루어진다. 다시 말하면, 이러한 공급원 저장부는 중간 라이너가 저장부의 연성 벽(2; 블래더)과 강성 벽 사이에 위치되는 IV형 탱크일 수 있다.
물론, 임의의 다른 적절한 구조를 고려할 수 있다. 마찬가지로, 연성 벽은 가스와 액체의 분리를 가능하게 하는 임의의 다른 균등한 이동 가능 또는 변형 가능 격벽 시스템으로 교체될 수 있다.
이런 방식으로, 차량 탱크(7)는 가스를 가두는 연성 벽(2)과 강성 벽 사이의 공간에 비압축성 유체를 주입함으로써 등압 방식으로 충진될 수 있다.
액체는 예를 들어 (적용 가능한 경우 부동액이 추가된) 물, 오일(미네랄, 실리콘, 또는 기타 오일), 또는 임의의 다른 적절한 액체 또는 유체이다.
공급원 저장부(3)의 필수 부피는 바람직하게는 충진될 탱크(7)의 부피와 같은 크기이다. 스테이션(1)의 공급원 저장부(3)는 유리하게는 탱크(7)의 부피보다 약간 더 큰 부피를 가져서, 충진의 종료 시에 가스의 전달 중 블래더(연성 벽(2))의 과도한 압착을 방지한다.
전달된 가스 유속은 공급원 저장부(3)에 도입되는 액체의 유속을 제어함으로써 완전히 제어될 수 있다. 이는 충진 유속 제어 밸브의 생략을 가능하게 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 액체 전달 회로(12, 13)는 액체 용기(6), 및 필요한 경우 (특히, 특정 유속으로) 액체 탱크(6)로부터 공급원 저장부(3)로의 액체의 전달을 가능하게 하도록 조정되는 펌프(11)를 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 액체 전달 회로(12, 13)는 액체 용기(6)로부터 저장부(3)로 액체를 전달하기 위한 펌프(11)(및 바람직하게는 밸브(23))를 포함하는 제1 관(13), 및 저장부(3)로부터 액체 용기(6)로의 액체 및 적용 가능한 경우 가스의 전달을 가능하게 하는 제2 토출관(12)을 포함할 수 있다. 토출관(12)은 압력 조절기 또는 압력 릴리프 밸브와 직렬로 밸브(들)(14, 15)의 시스템, 예를 들어 제1 밸브(14)를 포함할 수 있다.
이는 액체 용기(6)와 공급원 저장부(3) 사이의 특정 압력차를 유지하기 위한 통기 시스템을 형성한다. 특히, 용기(6)는 주변 대기압일 수 있다.
따라서, 수소 연료 가스의 경우, 블래더(2)를 통해 이동되며 액체 내에 용해된 침투 수소는 공급원 저장부(3) 내에 수집되며 통기구(21)를 통해 제어 및 중앙 방식으로 탈기될 수 있다. 이러한 가스는 요구된 경우 회수될 수 있고, 건조 및 탈유 그리고 재압축 및 재사용될 수 있는데, 예를 들어 공급원 저장부(3)에 재주입될 수 있다.
단속선(들)(24)으로 개략적으로 나타낸 바와 같이, 회수된 가스는 압축기(18)의 유입구에서 재활용(사용)될 수 있다. 이는 효율성을 증가시키며 손실을 감소시킨다.
스테이션(1)은 압축기(18), 및/또는 공급원 저장부(3)를 충진하기 위한 증발기와 관련된 펌프를 각각 포함할 수 있다.
이러한 압축기(18)(또는 액화 가스가 공급되는 증발기를 갖는 펌프)는 (예를 들어, 밸브(22; 도 2 참조)를 통해) 가스 전달 회로(8) 및 특히 공급원 저장부(3)에 연결되어, 공급원 저장부(3)에 가압 가스를 충진하는 것을 가능하게 할 수 있다.
연성 벽(2)에 의해 정의되는 공간에 연료 가스를 충진하기 위해, 공급원(170)에 의해 공급되는 수소는 특정 압력, 예를 들어 900바 초과의 압력으로 압축되거나 증발될 수 있다.
이러한 압력은 토출관(12) 상의 압력 조절기(15)에 의해 및/또는 토출관(12) 상의 다른 밸브(14)에 의해 제어될 수 있다.
저장부(3)를 충진할 때, 그 안에 수용된 비압축성 액체는 이후 액체 용기(6)로 소개된다.
토출관 상의 압력 조절기(15)는 전달 회로(8) 상의 하류 압력 조절기(20)의 압력보다 큰 압력으로 설정될 수 있다.
공급원 저장부(3)가 가득 차거나 충분한 연료 가스를 수용할 때, 탱크(7)가 충진될 수 있다.
이와 같은 충진 중에, 토출관(12) 상의 밸브(14)는 폐쇄되는 반면, 펌프(11)를 포함하는 관(13) 상의 밸브(23)는 개방된다. 이후, 펌프(11)를 시동할 수 있다.
다음으로, 연성 벽(2)의 가스가 소개되고, 이 가스는 전달 회로(8)를 통해 탱크(7)로 전달된다(하류 밸브들(9, 10)이 개방됨).
연성 벽(2) 내의 압력을 조절기(15)에 의해 설정되는 압력보다 약간 더 큰 값(예를 들어, 900바 미만)으로 일정하게 유지하기 위해, 압력 조절기(20)가 전달 회로(8) 내에 구비될 수 있다.
도시된 바와 같이, 전달 회로(8)(충진될 탱크(7)에 연결되는 관)는, 가스를 냉각하고 그에 따라 탱크(7) 내의 단열 압축에 연계된 온도 상승을 적어도 부분적으로 보상하기 위한 열교환기(17)를 포함할 수 있다. 이는 5분 미만의 충진을 가능하게 하는 데 기여할 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 탱크(7)에 들어가기 전에 가스의 오염물질을 제거하기 위해, (흡착제 또는 기타) 탱크 또는 분리기(16)가 전달 회로(8) 내에 구비될 수 있다.
도 2는 스테이션(1)이 복수(3개)의 공급원 저장부(3)를 포함한다는 점에서만 도 1과 상이한 변형 구현예를 도시한다. 공급원 저장부들(3)은 한편으론 (각각의 밸브들(9)을 통해) 가스 전달 회로(8)의 제1 단부에, 다른 한편으론 (각각의 밸브들(14, 19)을 통해) 액체 전달 유닛(12, 13)에 병렬로 연결된다.
공급원 저장부들(3)은 연속적으로 충진될 수 있고, 연속(특히 캐스케이드) 충진을 위해 연속적으로 사용될 수 있다. 이러한 복수의 공급원 저장부(3)는 특히 충진될 탱크(7)가 공급원 저장부(3)보다 큰 부피를 가질 때 구비되거나 사용될 수 있다.
게다가, 충진 에너지를 최적화하기 위해, 공급원 저장부들(3)은 상이한 압력(예를 들어, 200, 500, 및 900바)으로 가스로 충진될 수 있다. 이 경우, 압력 조절기들(15, 20)은 바람직하게는 제어식 압력형(조절 가능한 압력값)이다. 따라서, 제1 공급원 저장부(3)로부터 충진 및 추출할 때, 제어 압력(조절기들(20, 15))은 낮은 제1 값(예를 들어, 약 200바)으로 설정될 수 있고, 이어서 제2 공급원 저장부(3)에 대해서는 중간 제2 압력(예를 들어, 500바)으로, 마지막으로 제3 공급원 저장부(3)에 대해서는 높은 제3 압력(예를 들어, 900바)으로 설정될 수 있다.
실용적인 이유로, 펌프(11)는 특정 공급원 저장부(3)로부터의 추출에 사용되거나 전용으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 이 경우, 펌프(11)가 제1 특정 작동 압력(예를 들어, 제1 공급원 저장부로부터의 추출을 위해 200바)을 위해 설계되고, 다른 펌프가 제2 공급원 저장부(3)의 제2 작동 압력(예를 들어, 500바)을 위해 구비되며, 제3 펌프가 제3 공급원 저장부(3)의 제3 압력(예를 들어, 900바)을 위해 구비될 수 있다.
도시된 바와 같이, 공급원 저장부(들)(3)는 바람직하게는 수직으로 배향되며 배치된다(가스 경계면이 하부에, 액체 경계면이 상부에 있음). 이러한 장치는 연성 벽(2)을 통해 확산되는 수소를 유압 회로(12, 13) 내에 수집하는 것을 가능하게 하여, 이를 용기(6) 내에 탈기한다.
다음 표는 좌측 열의 종래 기술 해결방안(캐스케이드로 사용되는 복수의 종래의 버퍼 저장부)과 우측 열의 본 발명에 따른 해결방안(본 발명에 따른 하나의 버퍼 저장부) 사이의 비교예들을 제공한다.
4개의 행은 스테이션이 700바로 충진되는 탱크를 충진하기 위해 달성해야 하는 수소 소비(kg/일 및 연속 충진수)의 4가지 예를 각각 도시한다.
두 번째 열은 상기 제약과 함께 사용되는 공급원 저장부들(3)의 수, 부피(리터(ℓ)), 및 압력(바(bar))를 보여준다. 세 번째 열은 이 경우 버퍼 저장부들(3)에 저장되는 가스량(Nm3)을 나타낸다.
네 번째 및 다섯 번째 열은 본 발명에 따른 해결방안을 위한 두 번째 및 세 번째 열에 대응한다.
마지막으로, 마지막 열은 표준 해결방안 대비 본 발명에 따른 공급원 저장부들(3)에 저장되는 가스량의 차이(%)를 보여준다.
그러므로, 본 발명이 표준 해결방안에 비해 스테이션에 저장되는 가스량을 약 50% 감소시키는 것을 가능하게 함을 쉽게 알 수 있다. 이는 비용 및 안전의 측면에서 이점을 제공한다.
예를 들어, 3번의 연속 충진을 수행하는 스테이션의 경우(하루에 100 kg의 수소 충진), 2개의 800리터 공급원 저장부 및 1060 Nm3의 수소를 준비하는 대신에, 본 발명은 더 작은 단일 버퍼 저장부(500리터)와 더 소량의 저장된 가스(450 Nm3)로 이러한 요구를 충족시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 필수 제2 압축 단계의 크기를 감소시키는 것을 가능하게 하는데, 이는 이러한 제2 단계가 종종 또한 종래 압력 밸런싱에 의해 실시될 때 충진될 탱크를 가득 채우는 데에 사용되기 때문이다.
이는 (예를 들어, 펌프(11)에 대한 추가 비용을 보상하는 것 이상의) 실질적인 절약을 스테이션마다 가져올 수 있다.
물론, 본 발명은 수소 외의 가스, 예를 들어 천연 가스, 메탄, 또는 기타 가스를 (상이한 압력으로) 충진하는 것에 적용될 수 있다.
다음 표는 수소 탱크를 충진하는 경우 공급원 저장부들의 크기 및 수를 비교한다:
Figure pct00001
따라서, 본 발명은 간단하며 비교적 저비용이면서 많은 이점을 제공한다. 이는 표준 스테이션보다 물 부피가 적은 스테이션(1)에서 더 적은 수의 공급원 저장부(3)를 사용하는 것을 가능하게 한다.
또한, 스테이션의 공급원 저장부들(3)은 등압 방식으로 충진되고 추출될 수 있다. 이는 기계적 피로의 사이클을 감소시킨다.
게다가, 확산 가스 유동이 특정 위치에서 수집될 수 있다.
탱크(1)를 충진하는 유속은 펌프(11)의 속도에 의해 제어될 수 있다.
또한, 공급원 저장부들(3)로부터 추출되는 가스는 일정한 또는 유사-일정한 온도로 유지된다. 이는 하류 냉각 열교환기(17)의 치수의 결정을 단순화한다.

Claims (15)

  1. 탱크(7)에 가압 연료 가스, 특히 수소를 충진하기 위한 스테이션(1)으로, 적어도 하나의 연료 가스 공급원 저장부(3), 및 상기 공급원 저장부(들)(3)에 연결되는 제1 상류 단부 및 상기 충진될 탱크(7)와 유체 소통되도록 의도되는 제2 하류 단부를 구비한 가스 전달 회로(8)를 포함하되, 상기 가스 전달 회로(8)는 상기 공급원 저장부(3)로부터 상기 탱크로의 가스의 전달을 제어하기 위한 적어도 하나의 밸브(9, 10)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 공급원 저장부(3)는 강성 외벽 및 상기 강성 외벽에 의해 정의되는 공간 내에 배치되는 연성 밀봉벽(2)을 포함하며, 상기 연성 벽(2)은 연료 가스를 위한 저장 공간을 정의하고, 상기 회로(8)의 상기 제1 상류 단부는 상기 연성 벽(2)에 의해 정의되는 상기 저장 공간에 연결되며, 상기 연성 벽(2)과 상기 외벽 사이에 위치하는 공간은 상기 공급원 저장부(3)에 액체를 전달하기 위한 회로(12, 13)에 연결되어, 상기 공급원 저장부(3)에 액체를 충진하거나 추출하고, 상기 밀봉벽(2) 내에 연료 가스를 충진하고/충진하거나 추출할 때 상기 저장부(3) 내의 압력을 제어하는 것인 스테이션(1)에 있어서,
    상기 가스 전달 회로(8)는 상기 탱크(7)에 전달되는 가스로부터, 상기 공급원 저장부(3)에 수용되는 액체에서 유래된 임의의 오염, 특히 화학종을 제거하기 위한 흡착제(16) 또는 분리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테이션.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액체 전달 회로(12, 13)는 액체 용기(6), 및 상기 액체 탱크(6)로부터 상기 공급원 저장부(3)로 액체를 전달하도록 조정되는 펌프(11)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테이션.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 액체 전달 회로(12, 13)는, 밸브(들)(14, 15)의 시스템을 포함하며 한편으론 상기 공급원 저장부(3), 다른 한편으론 상기 액체 용기(6)에 연결되어, 상기 저장부(3)로부터 상기 액체 용기(6)로 액체 및 적용 가능한 경우 가스를 소개하는 토출관(12)을 포함하는 것을 특징으로 하는 스테이션.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 토출관(12)은 상기 액체 용기(6)와 상기 공급원 저장부(3) 사이의 특정 압력차를 유지하기 위한 통기 시스템을 형성하는 적어도 하나의 밸브(14, 15) 및 특히 압력 조절기(15)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테이션.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 액체 전달 회로(12, 13)는 상기 액체 용기(6)로부터 상기 저장부(3)로 액체를 전달하기 위한 펌프(11)를 구비한 제1 관(13), 및 상기 토출관(12)으로 이루어진 제2 관을 포함하는 것을 특징으로 하는 스테이션.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 토출관(12)은 압력 조절기 또는 압력 릴리프 밸브와 직렬로 제1 밸브(14)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테이션.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밀봉벽(2)은 0.08 내지 0.6 m3, 바람직하게는 0.08 내지 0.30 m3의 연료 가스를 위한 저장 공간을 상기 공급원 저장부(3) 내에 정의하는 것을 특징으로 하는 스테이션.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체 전달 회로(12, 13)에 의해 전달되는 액체는: 물, 부동액 화합물이 추가된 물, 오일(특히, 미네랄 또는 실리콘 오일) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 스테이션.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    압축기(18), 또는 증발기와 관련되며, 상기 가스 전달 회로(8) 및 특히 상기 공급원 저장부(3)에 연결되어, 상기 압축기(18)에 연결되는 연료 가스 공급원(170), 각각 액화 연료 가스 공급원으로부터의 가스를 상기 공급원 저장부(3)에 충진하는 것을 가능하게 하는 펌프를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 스테이션.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 밸브들(9)의 시스템을 통해 상기 가스 전달 회로(8)의 상기 제1 상류 단부와 평행하게 연결되는 복수의 연료 가스 공급원 저장부(3)를 포함하되, 상기 각각의 공급원 저장부(3)는 강성 외벽 및 상기 강성 외벽에 의해 정의되는 공간 내에 배치되는 연성 밀봉벽(2)을 포함하고, 상기 각각의 저장부(3)의 상기 밀봉벽(2)은 상기 가스 전달 회로(8)의 상기 제1 단부에 연결되는 연료 가스 저장 공간을 정의하고, 상기 각각의 공급원 저장부(3)의 상기 연성 벽(2)과 상기 외벽 사이에 위치하는 공간은 상기 공급원 저장부(3)에 액체를 전달하기 위한 회로(12, 13)에 연결되어, 상기 저장부들(3)에 액체를 충진하거나 추출하고, 상기 저장부들(3)의 상기 밀봉벽(2) 내에 가스를 충진하고/충진하거나 추출할 때 상기 저장부들(3) 내의 압력을 제어하는 것을 특징으로 하는 스테이션.
  11. 충진 스테이션에 의해 탱크(7)에 가압 연료 가스, 특히 수소를 충진하는 방법으로, 상기 충진 스테이션은 적어도 하나의 연료 가스 공급원 저장부(3), 및 상기 공급원 저장부(3)에 연결되는 제1 상류 단부 및 상기 충진될 탱크(7)와 유체 소통되는 제2 단부를 구비한 가스 전달 회로(8)를 포함하며, 상기 가스 전달 회로(8)는 상기 공급원 저장부(3)로부터 상기 탱크(7)로의 가스의 전달을 제어하기 위한 적어도 하나의 밸브(9, 10)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 공급원 저장부(3)는 강성 외벽 및 상기 강성 외벽에 의해 정의되는 공간 내에 배치되는 연성 밀봉벽(2)을 포함하며, 상기 밀봉벽(2)은 연료 가스를 위한 저장 공간을 정의하고, 상기 회로(8)의 상기 제1 상류 단부는 상기 연성 벽(2)에 의해 정의되는 상기 저장 공간에 연결되며, 상기 연성 벽(2)과 상기 외벽 사이에 위치하는 공간은 상기 공급원 저장부(3)에 액체를 전달하기 위한 회로(12, 13)에 연결되어, 상기 저장부(3)에 액체를 충진하거나 추출하는 것인 방법에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공급원 저장부(3) 내의 액체의 동시 주입 또는 제거에 의해 상기 밀봉벽(2) 내에 연료 가스를 충진하고/충진하거나 추출할 때 상기 저장부(3) 내의 압력을 모니터링하는 단계를 포함하되, 상기 가스 전달 회로(8)는 상기 탱크(7)에 전달되는 가스로부터, 상기 공급원 저장부(3)에 수용되는 액체에서 유래된 임의의 오염, 특히 화학물(들)을 제거하기 위한 흡착제(16) 또는 분리기를 포함하고, 상기 적어도 하나의 공급원 저장부(3)는 200 내지 1000바, 바람직하게는 300 내지 900바의 압력으로 연료 가스를 수용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공급원 저장부(3)로부터 상기 탱크(7)로 가스를 전달하는 단계를 포함하되, 이러한 가스 전달과 동시에, 액체가 상기 적어도 하나의 공급원 저장부(3)에 주입되어, 상기 공급원 저장부(3) 내의 압력 강하를 제한하거나 방지하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    가압 연료 가스의 공급원(11)으로부터 가스를 전달함으로써 상기 적어도 하나의 공급원 저장부(3)를 충진하는 단계를 포함하되. 이러한 가스 전달과 동시에, 액체가 상기 적어도 하나의 공급원 저장부(3)에서 추출되어, 상기 공급원 저장부(3) 내의 압력 상승을 제한하거나 방지하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연성 벽을 통해 액체 내로 이동된 침투 가스를 수집하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스테이션은 압축기(18)를 포함하고, 상기 수집된 침투 가스는 상기 압축기(18)의 유입구(흡입)에서 적어도 부분적으로 주입되는 것을 특징으로 하는 방법.
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