KR20180059881A - 가스 공급 장치 및 가스 공급 방법 - Google Patents
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Abstract
가스 공급 장치(10)는, 액화 가스를 저류하는 저장 용기(20)와, 저장 용기(20)로부터 도출된 액화 가스를 기화시키는 기화기(22)와, 기화기(22)에서 액화 가스로부터 기화된 가스를 압축하는 압축 장치(24)와, 압축 장치(24)에서 압축된 가스를 저류하는 축압기(26)와, 축압기(26)로부터 디스펜서(12)로 이어지는 공급로(16e)를 구비하고 있다.
Description
본 발명은 가스 공급 장치 및 가스 공급 방법에 관한 것이다.
예를 들어 특허문헌 1에는, 수소 스테이션에 사용되는 수소 압축 장치가 개시되어 있다. 수소 압축 장치에서는, 커먼 베이스 상에 수소 압축기, 압축기 구동 모터, 가스 쿨러 등이 설치되어 있다. 수소 압축기에서 소정의 압력까지 단계적으로 승압된 수소 가스는 일단 축압기 유닛에 저장된다. 축압기 유닛에는 디스펜서가 접속되어 있다. 디스펜서는, 승압된 수소 가스를 연료 전지 차에 공급하기 위하여 연료 전지 차의 공급구에 적합한 노즐을 구비하고 있다.
특허문헌 1에 개시된 수소 압축 장치 등의 수소 압축 장치에서는, 압축기 입구측의 가스 온도는, 예를 들어 0℃ 내지 40℃이며, 그 온도에 따라 적절히 압축기의 운전이 전환된다. 그리고 압축 장치에 공급되는 가스의 온도가 0℃ 내지 40℃ 정도인 경우, 압축 장치에서의 압축 후에 가스 온도가 상승하는 점에서, 압축된 가스를 애프터 쿨러로 냉각하는 것이 필요해지는 경우가 있다. 따라서 압축 후의 가스를 냉각하는 점에서 동력의 손실이 발생한다.
본 발명의 목적은 가스 공급 장치의 동력을 저감하는 데 있다.
본 발명의 일 국면에 따른 가스 공급 장치는, 액화 가스를 저류하는 저장 용기와, 상기 저장 용기로부터 도출된 액화 가스를 기화시키는 기화기와, 상기 기화기에서 상기 액화 가스로부터 기화된 가스를 압축하는 압축 장치와, 상기 압축 장치에서 압축된 가스를 저류하는 축압기와, 상기 축압기로부터 디스펜서로 이어지는 공급로를 구비하고 있다.
본 발명의 일 국면에 따른 가스 공급 방법은, 디스펜서에 가스를 공급하는 가스 공급 방법이며, 저장 용기에 저류된 액화 가스를 해당 저장 용기로부터 유출시키고, 상기 저장 용기로부터 유출된 액화 가스를 기화기에 있어서 기화시키고, 상기 기화기에 있어서 기화된 가스를 압축 장치에서 압축하고, 상기 압축 장치에서 압축된 가스를 축압기를 통하여 또는 직접적으로 디스펜서에 공급한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 가스 공급 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 가스 공급 운전에서의 기본 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 가스 공급 운전에 있어서의 전환 기구의 전환 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 가스 공급 운전에 있어서의 냉동기의 구동 및 정지 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 그 외의 실시 형태에 따른 가스 공급 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 가스 공급 운전에서의 기본 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 가스 공급 운전에 있어서의 전환 기구의 전환 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 가스 공급 운전에 있어서의 냉동기의 구동 및 정지 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 그 외의 실시 형태에 따른 가스 공급 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이 본 실시 형태에 따른 가스 공급 장치(10)는, 예를 들어 수소 가스의 공급 스탠드로서의 수소 스테이션에 설치되는 것이며, 충전 설비인 디스펜서(12)로부터의 충전 명령에 따라 디스펜서(12)측에 수소 가스를 공급하는 것이다. 수소 스테이션은, 가스 공급 장치(10)와, 가스 공급 장치(10)의 유출 단부에 접속된 디스펜서(12)를 구비하고 있다. 디스펜서(12)는 차량(14)(탱크 탑재 장치)에 설치된 탱크에 수소 가스를 충전한다. 차량(14)은, 예를 들어 연료 전지 차이다.
가스 공급 장치(10)는, 디스펜서(12)에 접속된 가스 유출 단부를 갖는 가스 유통로(16)와, 저장 용기(20)와, 기화기(22)와, 압축 장치(24)와, 축압기(26)와, 냉각 회로(28)와, 냉동기(30)를 구비하고 있다. 저장 용기(20), 기화기(22), 압축 장치(24) 및 축압기(26)는 가스 유통로(16)에 접속되어 있다.
저장 용기(20)는 가스 유통로(16)에 있어서의 가스 유입 단부에 접속되어 있다. 가스 유통로(16)는, 제1 유입 단부를 갖는 액측 유입로(16a)와, 제2 유입 단부를 갖는 가스측 유입로(16b)와, 액측 유입로(16a) 및 가스측 유입로(16b)가 합류하여 압축 장치(24)의 흡입구로 이어지는 흡입 유로(16c)와, 압축 장치(24)의 토출구와 축압기(26)를 접속하는 접속 유로(16d)와, 축압기(26)로부터 가스 유출 단부까지의 공급로(16e)를 구비하고 있다.
저장 용기(20)는 액화 가스(액화 수소 가스)를 저류한다. 액측 유입로(16a)의 제1 유입 단부는 저장 용기(20)에 있어서의 저부에 접속되어 있다. 가스측 유입로(16b)의 제2 유입 단부는 저장 용기(20)에 있어서의 상부에 접속되어 있다. 또한 저장 용기(20)에는 안전 밸브(20a)가 설치되어 있다.
액측 유입로(16a) 및 가스측 유입로(16b)에는, 각각 임의로 제어 가능하게 개폐 동작하는 개폐 밸브 V1, V2가 설치되어 있다. 흡입 유로(16c)에는, 가스의 온도를 검지하는 수단으로서의 온도 센서 T1이 설치되어 있다.
기화기(22)는, 액측 유입로(16a)에 접속된 가스측 유로(22a)와, 냉각 회로(28)에 접속된 열매체측 유로(22b)를 갖는다. 기화기(22)에서는, 열매체측 유로(22b)를 흐르는 열매체에 의하여 가스측 유로(22a)를 흐르는 액화 가스가 가열되고, 이것에 의하여 액화 가스가 기화된다.
액측 유입로(16a)에는 배출로(16f)가 접속되어 있다. 배출로(16f)에는, 임의로 제어 가능하게 개폐 동작하는 개폐 밸브 V3이 설치되어 있다.
압축 장치(24)는, 가스를 압축하는 압축기(31)와, 압축기(31)를 우회하는 우회로(32)를 구비하고 있다. 압축기(31)는 복수의 압축부(31a 내지 31e)를 구비하고 있다. 이들 압축부(31a 내지 31e)는 직렬로 접속되어 있다. 따라서 복수의 압축부(31a 내지 31e)에는, 제1 압축부와, 제1 압축부의 다음 단의 압축부인 제2 압축부가 포함되어 있다. 또한 도시된 예에서는, 5개의 압축부(31a 내지 31e)가 포함되어 있으며, 이 중, 예를 들어 제1 단째의 압축부(31a)가 제1 압축부로서 기능하고, 제2 단째의 압축부(31b)가 제2 압축부로서 기능한다. 또한 압축기(31)는, 5개의 압축부(31a 내지 31e)가 포함된 구성에 한정되는 것은 아니며, 이 이외에 복수의 압축부가 포함되는 구성이어도 된다. 또한 하나의 압축부가 포함되는 구성이어도 된다.
우회로(32)는, 제1 단째 내지 제5 단째의 압축부(31a 내지 31e)를 모두 우회하도록 구성되어 있다. 우회로(32)에는, 임의로 제어 가능하게 개폐 동작하는 개폐 밸브 V4가 설치되어 있다. 또한 압축 장치(24)에는, 압축기(31)의 흡입측 및 토출측의 양쪽에, 임의로 제어 가능하게 개폐 동작하는 개폐 밸브 V5, V6이 설치되어 있다.
각 압축부(31a 내지 31e)는, 도시 생략된 모터의 구동에 의하여 도시 생략된 크랭크축을 회전시키고, 이것에 의하여 피스톤을 왕복운동시키는 왕복운동 압축기에 의하여 구성되어 있다. 압축부(31a 내지 31e)에서는, 수소 가스가 압축되어 실린더(압축실) 내의 압력이 토출측 통로의 압력 이상으로 되면, 도시 생략된 토출 밸브가 개방되어 수소 가스가 토출된다. 또한 각 압축부(31a 내지 31e)는 왕복운동 압축기에 한정되는 것은 아니며, 이 이외 타입의 압축기에 의하여 구성되어 있어도 된다.
압축 장치(24)는, 쿨러(34)(애프터 쿨러(34))가 설치된 냉각용 유로(35)와, 쿨러(34)를 바이패스하는 바이패스 유로(36)와, 전환 기구(37)를 구비하고 있다. 냉각용 유로(35)는, 제1 단째의 압축부(31a)로부터 토출된 가스가 제2 단째의 압축부(31b)에 도입되도록 제1 단째의 압축부(31a)와 제2 단째의 압축부(31b)를 접속하고 있다. 바이패스 유로(36)는 쿨러(34)를 바이패스하도록 냉각용 유로(35)에 접속되어 있다. 전환 기구(37)는 제1 단째의 압축부(31a)와 제2 단째의 압축부(31b)의 접속을 냉각용 유로(35)와 바이패스 유로(36) 사이에서 전환한다. 즉, 전환 기구(37)는, 냉각용 유로(35)에 가스가 흐르는 상태와 바이패스 유로(36)에 가스가 흐르는 상태 사이에서 상태 전환을 행할 수 있도록 구성되어 있다. 달리 말하면 전환 기구(37)는, 제1 단째의 압축부(31a)로부터 토출된 가스가 쿨러(34)를 경유하여 제2 단째의 압축부(31b)에 도입되는 상태와, 제1 단째의 압축부(31a)로부터 토출된 가스가 바이패스 유로(35)를 경유하여 제2 단째의 압축부(31b)에 도입되는 상태를 전환한다. 냉각용 유로(35), 바이패스 유로(36) 및 전환 기구(37)는 제2 단째의 압축부(31b)와 제3 단째의 압축부(31c) 사이에도 설치되어 있다. 제3 단째 이후의 압축부(31c, 31d, 31e)의 토출측에는 쿨러(34)가 설치되어 있다.
또한 냉각용 유로(35), 바이패스 유로(36) 및 전환 기구(37)는 제1 단째의 압축부(31a)와 제2 단째의 압축부(31b) 사이, 및 제2 단째의 압축부(31b)와 제3 단째의 압축부(31c) 사이에 설치되어 있지만, 냉각용 유로(35), 바이패스 유로(36) 및 전환 기구(37)는 이 이외의 개소에도 설치되어 있어도 된다. 또한 냉각용 유로(35), 바이패스 유로(36) 및 전환 기구(37)는 그 한쪽에만 설치되어 있어도 된다. 또한 전환 기구(37)는 하나의 3방 밸브에 의하여 구성되어 있어도 되며, 또는 냉각용 유로(35) 및 바이패스 유로(36)에 각각 설치된 개폐 밸브에 의하여 구성되어 있어도 된다.
전환 기구(37)는, 흡입 유로(16c)에 설치된 온도 센서 T1의 검출값에 기초하여, 냉각용 유로(35)에 가스가 흐르는 상태(냉각 상태)와 바이패스 유로(36)에 가스가 흐르는 상태(비냉각 상태) 사이에서 상태 전환을 행하도록 구성되어 있다. 즉, 온도 센서 T1의 검출값이 소정 온도 이하인 경우에는, 전환 기구(37)는 비냉각 상태로 된다. 한편, 온도 센서 T1의 검출값이 상기 소정 온도를 초과하는 경우에는, 전환 기구(37)는 냉각 상태로 된다.
축압기(26)는 압력 용기로 구성되어 있으며, 압축 장치(24)에서 압축된 가스(수소 가스)를 저류한다. 또한 축압기(26)는 복수의 압력 용기로 구성되어 있어도 되며, 하나의 압력 용기로 구성되어 있어도 된다. 축압기(26)는, 접속 유로(16d)로부터 분기된 분기로(16g)를 거쳐 접속 유로(16d)에 접속되어 있다. 분기로(16g)에는, 임의로 제어 가능하게 개폐 동작하는 개폐 밸브 V7이 설치되어 있다. 개폐 밸브 V7은, 축압기(26)에 가스를 저류할 때 및 축압기(26)에 저류된 가스를 배출시킬 때 개방되며, 이 이외일 때는 폐쇄되어 있다.
디스펜서(12)는, 차량(14)의 탱크에 가스를 공급하기 위한 노즐(12a)과, 노즐(12a)을 향하여 흐르는 가스를 냉각하는 열교환기(12b)와, 노즐(12a)을 향하여 흐르는 가스의 유량을 조정하는 유량 조정 밸브(12c)를 구비하고 있다. 또한 디스펜서(12)에는, 가스의 압력을 검지하는 압력 센서 P1이 설치되어 있다.
냉각 회로(28)는, 열매체(브라인)가 봉입된 회로이며, 기화기(22) 및 열교환기(12b)에 접속되어 있다. 또한 냉각 회로(28)에는 열매체 탱크(브라인 탱크)(28a)와 열매체 펌프(브라인 펌프)(28b)가 설치되어 있다. 열매체 펌프(28b)가 구동됨으로써, 열매체가 기화기(22)와 열교환기(12b) 사이에서 냉각 회로(28) 내를 순환한다. 열매체 탱크(28a)는 열매체의 순환 방향에 있어서의 기화기(22)의 하류측 부위에 설치되어 있다. 열매체 탱크(28a)는 기화기(22)에서 냉각된 열매체를 일시적으로 저류한다.
냉동기(30)는, 기화기(22)에 의한 열매체의 냉각으로는 냉각 능력이 부족한 경우 등에 열매체를 냉각하기 위하여 설치되어 있다. 냉동기(30)는, 기화기(22)와 병렬로 되도록 냉각 회로(28)에 접속되어 있다.
냉동기(30)는, 냉매가 순환하는 냉매 회로(30a)와, 냉매 회로(30a)의 냉매에 의하여 냉각 회로(28)의 열매체를 냉각하는 열교환기(30b)를 구비하고 있다. 냉매 회로(30a)는, 예를 들어 증기 압축식의 냉동 회로에 의하여 구성되어 있다.
냉각 회로(28)와 열교환기(30b)를 접속하는 접속로(39)에는, 임의로 제어 가능하게 개폐 동작하는 개폐 밸브 V8이 설치되어 있다. 또한 냉각 회로(28)에 있어서의 접속로(39)의 한쪽 접속부와 기화기(22) 사이의 부위에도, 임의로 제어 가능하게 개폐 동작하는 개폐 밸브 V9가 설치되어 있다. 또한 냉각 회로(28)에는, 접속로(39)의 다른 쪽 접속부와 열매체 탱크(28a) 사이에, 열매체의 온도를 검출하는 온도 센서 T2가 설치되어 있다.
각 개폐 밸브, 열매체 펌프(28b), 압축 장치(24) 및 냉동기(30)는, 디스펜서(12)에 설치된 컨트롤러(12d)로부터의 명령에 기초하여 동작을 행한다.
여기서, 본 실시 형태에 따른 가스 공급 장치(10)의 운전 동작에 대하여 설명한다. 가스 공급 장치(10)가 동작함으로써 이하의 가스 공급 방법이 행해진다.
즉, 가스 공급 장치(10)의 운전은 컨트롤러(12d)로부터의 운전 개시 명령에 기초하여 개시된다. 컨트롤러(12d)로부터 운전 개시 명령이 출력되면(스텝 ST1), 열매체 펌프(28b)가 기동된다(스텝 ST2). 이것에 의하여 냉각 회로(28) 내의 열매체가 순환한다. 열매체 펌프(28b)로부터 송출된 열매체는 디스펜서(12) 내의 열교환기(12b), 기화기(22) 및 열매체 탱크(28a)의 순으로 통과하여, 다시 열매체 펌프(28b)에 흡입된다.
또한 운전 개시 명령에 의하여, 디스펜서(12)에 가스를 공급하는 운전이 행해진다. 이 가스 공급 운전에서는, 먼저 액측 유입로(16a)의 개폐 밸브 V1과 가스측 유입로(16b)의 개폐 밸브 V2가 각각 개방되고, 또한 압축 장치(24)의 모터가 기동된다(스텝 ST3). 개폐 밸브 V1이 개방됨으로써, 저장 용기(20) 내의 액화 가스(액체수소)는 액측 유입로(16a)에 유출되어 기화기(22)를 통과한다. 기화기(22)에 있어서는, 가스측 유로(22a)를 흐르는 액화 가스는, 열매체측 유로(22b)를 흐르는 열매체에 의하여 가열되어 기화된다. 열교환기(12b)에서 기화된 가스는, 액측 유입로(16a)로부터 흡입 유로(16c)로 흐름으로써 가스측 유입로(16b)로부터 흘러 온 가스와 합류한 후, 압축 장치(24)에 흡입된다. 또한 저장 용기(20) 내의 액화 가스 온도는, 예를 들어 -253℃ 정도의 온도이며, 기화기(22)에서 기화된 가스의 온도는, 예를 들어 -200℃ 내지 -100℃ 정도로 된다. 한편, 기화기(22)에서 냉각된 열매체의 온도는, 예를 들어 -70℃ 내지 -60℃ 정도로 된다.
압축 장치(24)에 있어서는, 가스의 압력이 소정의 압력 이상으로 되면 가스가 제1 단째의 압축부(31a)에 흡인된다. 압축 장치(24)에 있어서는, 가스는 제1 단째의 압축부(31a)로부터 후단의 압축부(31b 내지 31e)에 순차 도입되어, 각 단의 압축부(31a 내지 31e)에 있어서 압축된다. 예를 들어 1㎫ 미만의 압력에서 압축 장치(24)에 도입된 가스는 최대 87.5㎫까지 가압되어 압축 장치(24)로부터 토출된다. 또한 압축 장치(24)에 도입되는 가스의 온도가, 예를 들어 -100℃ 정도이면, 압축 장치(24)의 전환 기구(37)는, 가스가 바이패스 유로(36)를 흐르는 비냉각 상태로 전환되어 있다. 이 때문에, 압축부(31a) 및 압축부(31b)에서 압축된 가스는 쿨러(34)에서 냉각되지 않는다. 한편, 3단째 이후의 압축부(31c 내지 31e)로부터 토출된 가스는 쿨러(34)에 의하여 냉각된다.
압축 장치(24)로부터 토출된 가스는 축압기(26)에 도입되어, 축압기(26)에 저류된다. 축압기(26) 내의 가스는 디스펜서(12) 내에 도입된다. 또한 가스 공급 운전 중에 축압기(26) 내가 소정 압력 미만인 저압의 압력까지 낮아져 버린 경우 등에는, 압축 장치(24)로부터 토출된 가스는 축압기(26)에 도입되지 않고 압축 장치(24)로부터 직접 디스펜서(12)에 도입된다.
디스펜서(12) 내에서는 유량 조정 밸브(12c)에 의하여 유량이 조정되고, 열교환기(12b)에 있어서 열매체에 의하여 냉각되면서 노즐(12a)을 향하여 가스가 흐른다. 이것에 의하여, 소정의 프로토콜에 따른 압력 상승 속도로 차량(14)의 탱크에 가스가 충전된다. 가스 공급 운전에 있어서는, 디스펜서(12)에 설치된 압력 센서 P1에 의한 검출값에 따라 유량 조정 밸브(12c)의 개방도가 조정된다. 이것에 의하여 압력 상승 속도가 조정된다.
가스 공급 운전 중에는, 온도 센서 T1에 의하여 압축 장치(24)에 도입되는 가스의 온도가 검출되고 있다(스텝 ST11). 통상은, 온도 센서 T1의 검출값이 소정 온도 이하로 되기 때문에 전환 기구(37)는 비냉각 상태로 되어 있다. 이 때문에, 예를 들어 제1 단째의 압축부(31a)로부터 토출된 가스는 바이패스 유로(36)를 통과하여 제2 단째의 압축부(31b)에 도입된다. 한편, 어떠한 이유에 의하여 온도 센서 T1의 검출값이, 미리 설정된 온도보다도 고온으로 된 경우에는, 전환 기구(37)는 냉각 상태로 전환된다(스텝 ST12). 이것에 의하여, 예를 들어 제1 단째의 압축부(31a)로부터 토출된 가스는 쿨러(34)에 의하여 냉각된 후에 제2 단째의 압축부(31b)에 흡입된다. 그리고 온도 센서 T1의 검출값이 미리 설정된 온도 이하로 되면, 전환 기구(37)는 냉각 상태로부터 비냉각 상태로 전환된다.
가스 공급 운전 중에는, 냉각 회로(28)에 설치된 온도 센서 T2에 의하여, 열매체 탱크(28a)에 저류되는 열매체의 온도가 검출되고 있다. 온도 센서 T2의 검출값 t2와 미리 설정된 온도(제1 역치) ts1의 비교가 행해지고 있으며(스텝 ST21), 온도 센서 T2의 검출값 t2가 미리 설정된 온도(제1 역치) ts1보다도 높아지면, 냉동기(30)가 구동된다(스텝 ST22). 이때, 냉각 회로(28)의 개폐 밸브 V9는 폐쇄되고, 접속로(39)의 개폐 밸브 V8은 개방된다(스텝 ST23). 이것에 의하여, 냉각 회로(28)의 열매체는 기화기(22)를 통과하는 것이 아니라 냉동기(30)의 열교환기(30b)를 흐르게 된다. 이것에 의하여, 냉동기(30)에 의하여 냉각된 열매체가 열매체 탱크(28a)에 저류되게 된다.
한편, 온도 센서 T2의 검출값이, 미리 설정된 온도이며, 제1 역치 ts1보다도 낮은 온도(제2 역치) ts2로 되면(스텝 ST24), 냉동기(30)가 정지된다(스텝 ST25). 이때, 냉각 회로(28)의 개폐 밸브 V9는 개방되고, 접속로(39)의 개폐 밸브 V8은 폐쇄된다(스텝 ST26). 이것에 의하여, 열매체는 냉동기(30)를 통과하는 것이 아니라 기화기(22)에 도입된다.
가스 공급 운전에는 압축 충전과 차압 충전이 있다. 압축 충전에서는, 압축 장치(24)가 구동된 상태에서 디스펜서(12)로부터의 차량(14)의 탱크에 가스가 충전된다. 이 때문에 기화기(22)에는, 압축 장치(24)의 모터 회전수에 따라 압축 장치(24)에 흡입되는 유량의 액화 가스가 흐른다. 한편, 차압 충전에서는, 압축 장치(24)가 구동되지 않은 상태에서 축압기(26)와 차량(14)의 탱크와의 압력 차에 의하여 축압기(26)로부터 탱크에 가스가 충전된다. 차압 충전에서는, 압축 장치(24)가 구동되지 않지만 배출로(16f)의 개폐 밸브가 개방되기 때문에, 저장 용기(20)의 내압과 대기압의 차압에 의하여 기화기(22)에는 액화 가스가 흐른다. 따라서 압축 장치(24)가 구동되지 않는 경우에도, 디스펜서(12) 내에서 필요한 가스 냉각 능력에 상응하는 냉열을 기화기(22)로부터 얻을 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시 형태에서는, 기화기(22)에 있어서 액화 가스가 기화되고, 이 기화된 가스가 압축 장치(24)에 흡입되어 압축된다. 그리고 이 가스는 축압기(26)를 통하여 또는 직접적으로 디스펜서(12)로 보내진다. 본 실시 형태에서는, 액화 가스로부터 기화된 가스가 사용되기 때문에 저온의 가스가 압축 장치(24)에 흡입될 수 있다. 따라서 압축 장치(24) 내에서의 가스의 냉각의 중지 또는 저감을 하는 것이 가능해지기 때문에, 열 손실이 발생하는 것을 회피 또는 억제할 수 있다.
또한 본 실시 형태에서는, 냉각 회로(28)에 있어서, 열매체가 디스펜서(12) 내의 열교환기(12b)와 기화기(22) 사이에서 순환한다. 이 때문에, 기화기(22)에서 얻어진 냉열(액화 가스로부터 수취한 냉열)에 의하여 디스펜서(12) 내의 고온 가스를 냉각할 수 있다. 즉, 디스펜서(12) 내의 가스 냉각원으로서, 저장 용기(20)에 저류된 액화 가스가 사용되기 때문에, 냉각원을 새로이 설치할 필요가 없다. 달리 말하면, 가스 공급 장치(10)에서 필요한 동력을 저감시킬 수 있다. 또한 저온의 액화 가스가 사용되기 때문에 디스펜서(12) 내의 가스를 효과적으로 냉각할 수 있다.
또한 본 실시 형태에서는, 기화기(22)에서 냉각된 열매체가 열매체 탱크(28a)에 저류된다. 따라서 기화기(22)에서 얻어진 냉열을 일시적으로 축적해 둘 수 있다.
또한 본 실시 형태에서는, 냉각 회로(28)에는, 기화기(22)와 병렬로 되도록 냉동기(30)가 접속되어 있다. 이 때문에, 기화기(22)로부터 얻어지는 냉열로는 디스펜서(12) 내의 가스 냉각 능력으로서 부족한 경우 등에 냉동기(30)를 가스의 냉각원으로서 이용할 수 있다.
또한 본 실시 형태에서는, 기화기(22)에서 기화된 가스를 배출하는 배출로(16f)가 설치되어 있다. 이 때문에, 열교환기(12b)에 있어서 디스펜서(12) 내의 가스를 냉각하는 데 필요한 냉열을 얻기 위한 가스양이, 압축 장치(24)에 도입되는 가스양을 초과하는 경우에도, 필요한 양의 가스만을 압축 장치(24)에 도입할 수 있다. 또한 압축 장치(24)가 구동되지 않을 때에도 디스펜서(12) 내의 가스 냉각을 행할 수 있다. 따라서 디스펜서(12) 내의 가스를 적절히 냉각할 수 있다.
또한 본 실시 형태에서는, 저장 용기(20) 내의 가스를 압축 장치(24)로 유도하는 가스측 유입로(16b)가 설치되어 있기 때문에 저장 용기(20) 내의 보일오프 가스를 유효하게 이용할 수 있다.
또한 본 실시 형태에서는, 압축기(31)를 우회하는 우회로(32)가 설치되어 있기 때문에, 압축기(31)에 의하여 가스를 압축하지 않고 디스펜서(12)에 가스를 공급할 수 있다.
또한 본 실시 형태에서는, 제1 단째의 압축부(31a)로부터 토출된 가스가 바이패스 유로(36)를 경유하여 제2 단째의 압축부(31b)에 유입되도록 전환 기구(37)가 전환되어 있는 경우, 당해 가스가 쿨러(34)에 있어서 냉각되는 일은 없다. 따라서 쿨러(34)로 가스를 냉각하는 경우에 비하여, 압축 장치(24)에서 필요한 동력을 저감시킬 수 있다. 한편, 제1 단째의 압축부(31a)에 흡입되는 가스의 온도가 높아진 경우에는, 제1 단째의 압축부(31a)로부터 토출된 가스가 냉각용 유로(35)를 경유하여 제2 단째의 압축부(31b)에 유입되도록 전환 기구(37)가 전환된다. 이것에 의하여, 압축 장치(24)로부터 토출되는 가스의 온도가 지나치게 높아지는 것을 방지할 수 있다.
또한 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경, 개량 등이 가능하다. 예를 들어 가스 공급 장치(10)는 차량 이외의 탱크 탑재 장치에 대한 수소 가스의 충전에 이용되어도 된다. 가스 공급 장치(10)는 수소 가스 이외의 가스의 공급에 사용되어도 된다.
상기 실시 형태에서는, 열매체 탱크(28a)의 온도가 제1 역치 ts1보다도 높아진 경우에 기화기(22)는 이용되지 않고 냉동기(30)가 구동되었지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 기화기(22) 및 냉동기(30)의 양쪽이 이용되어도 된다. 이 경우, 배출로(16f)의 개폐 밸브 V3을 개방하여 잉여 가스를 배출하도록 해도 된다. 또한 냉동기(30)가 사용되지 않고 기화기(22)가 이용되어도 된다. 이 경우에 있어서도, 배출로(16f)의 개폐 밸브 V3을 개방하여 잉여 가스를 배출하도록 해도 된다.
상기 실시 형태에서는, 차압 충전 시에 배출로(16f)의 개폐 밸브 V3이 개방되었지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 압축 장치(24)가 구동되는 경우에도, 압축 장치(24)가 구동됨으로써 흡인되는 가스의 유량에 따른 냉열량이, 디스펜서(12)에서 필요한 가스의 냉각 능력에 미치지 못하는 경우에는, 배출로(16f)의 개폐 밸브 V3이 개방되어도 된다. 이것에 의하여, 기화기(22)를 흐르는 가스의 유량을 높일 수 있어, 디스펜서(12)에서 필요한 냉열을 얻을 수 있게 된다.
상기 실시 형태에서는, 가스측 유입로(16b)가 설치되었지만, 가스측 유입로(16b)가 생략되어도 된다.
도 5에 도시한 바와 같이 냉동기(30)가 생략되어도 된다. 이 경우, 접속로(39) 및 냉각 회로(28)의 개폐 밸브 V9가 생략된다.
여기서, 상기 실시 형태에 대하여 개략적으로 설명한다.
상기 실시 형태의 가스 공급 장치는, 액화 가스를 저류하는 저장 용기와, 상기 저장 용기로부터 도출된 액화 가스를 기화시키는 기화기와, 상기 기화기에서 상기 액화 가스로부터 기화된 가스를 압축하는 압축 장치와, 상기 압축 장치에서 압축된 가스를 저류하는 축압기와, 상기 축압기로부터 디스펜서로 이어지는 공급로를 구비하고 있다.
본 가스 공급 장치에서는, 기화기에 있어서 액화 가스가 기화되고, 이 기화된 가스가 압축 장치에 흡입되어 압축된다. 그리고 이 가스는 축압기를 통하여 또는 직접적으로 디스펜서로 보내진다. 본 발명에서는, 액화 가스로부터 기화된 가스가 사용되기 때문에 저온의 가스가 압축 장치에 흡입될 수 있다. 따라서 압축 장치 내에서의 가스의 냉각의 중지 또는 저감을 하는 것이 가능해지기 때문에, 열 손실이 발생하는 것을 회피 또는 억제할 수 있다.
상기 가스 공급 장치는, 상기 디스펜서 내를 흐르는 가스를 냉각하는 열교환기와 상기 기화기 사이에서 열매체가 순환하는 냉각 회로를 구비하고 있어도 된다.
이 양태에서는, 기화기에서 얻어진 냉열(액화 가스로부터 수취한 냉열)에 의하여 디스펜서 내의 고온의 가스가 냉각된다. 즉, 디스펜서 내의 가스의 냉각원으로서, 저장 용기에 저류된 액화 가스가 사용되기 때문에, 냉각원이 새로이 설치될 필요가 없다. 달리 말하면, 가스 공급 장치에서 필요한 동력이 저감된다. 또한 저온의 액화 가스가 사용되기 때문에 디스펜서 내의 가스가 효과적으로 냉각된다.
상기 냉각 회로에는, 열매체의 순환 방향에 있어서의 상기 기화기의 하류측 부위에, 열매체를 일시적으로 저류하는 열매체 탱크가 설치되어 있어도 된다. 이 양태에서는, 냉각된 열매체가 열매체 탱크에 저류된다. 따라서 기화기에서 얻어진 냉열을 일시적으로 축적해 둘 수 있다.
상기 냉각 회로에는, 상기 기화기와 병렬로 되도록 냉동기가 접속되어 있어도 된다. 이 양태에서는, 기화기로부터 얻어지는 냉열로는 디스펜서 내의 가스의 냉각 능력으로서 부족한 경우 등에 냉동기를 가스의 냉각원으로서 이용할 수 있다.
상기 가스 공급 장치에는, 상기 기화기에서 기화된 가스를 배출하는 배출로가 설치되어 있어도 된다. 이 양태에서는, 열교환기에 있어서 디스펜서 내의 가스를 냉각하는 데 필요한 냉열을 얻기 위한 가스양이, 압축 장치에 도입되는 가스양을 초과하는 경우에도, 필요한 양의 가스만을 압축 장치에 도입할 수 있다. 또한 압축 장치가 구동되지 않을 때에도 디스펜서 내의 가스의 냉각을 행할 수 있다. 따라서 디스펜서 내의 가스를 적절하게 냉각할 수 있다.
상기 저장 용기에는, 상기 저장 용기 내의 가스를 상기 압축 장치로 유도하는 가스측 유입로가 접속되어 있어도 된다. 이 양태에서는, 저장 용기 내의 보일오프 가스를 유용하게 이용할 수 있다.
상기 압축 장치는, 가스를 압축하는 압축기와, 상기 압축기를 우회하는 우회로를 구비하고 있어도 된다. 이 양태에서는, 압축기에 의하여 가스를 압축하지 않고 디스펜서에 가스를 공급할 수 있다.
상기 압축 장치는, 제1 압축부와, 상기 제1 압축부의 다음 단의 압축부인 제2 압축부가 포함되는 복수의 압축부와, 쿨러가 설치된 냉각용 유로와, 상기 쿨러를 바이패스하는 바이패스 유로와, 상기 제1 압축부와 상기 제2 압축부의 접속을 상기 냉각용 유로와 상기 바이패스 유로 사이에서 전환하는 전환 기구를 구비하고 있어도 된다.
이 양태에서는, 제1 압축부로부터 토출된 가스가 바이패스 유로를 경유하여 제2 압축부에 유입되도록 전환 기구가 전환되어 있는 경우, 당해 가스가 쿨러에 있어서 냉각되는 일은 없다. 따라서 쿨러로 가스가 냉각되는 경우에 비하여 압축 장치에서 필요한 동력이 저감된다. 한편, 제1 압축부에 흡입되는 가스의 온도가 높아진 경우에는, 제1 압축부로부터 토출된 가스가 냉각용 유로(쿨러)를 경유하여 제2 압축부에 유입되도록 전환 기구가 전환된다. 이것에 의하여, 압축 장치로부터 토출되는 가스의 온도가 지나치게 높아지는 것이 방지된다.
또한 상기 실시 형태의 가스 공급 방법은, 디스펜서에 가스를 공급하는 가스 공급 방법이며, 저장 용기에 저류된 액화 가스를 해당 저장 용기로부터 유출시키고, 상기 저장 용기로부터 유출된 액화 가스를 기화기에 있어서 기화시키고, 상기 기화기에 있어서 기화된 가스를 압축 장치에서 압축하고, 상기 압축 장치에서 압축된 가스를 축압기를 통하여 또는 직접적으로 디스펜서에 공급한다.
상기 가스 공급 방법에서는, 상기 디스펜서에 설치된 열교환기에 있어서, 상기 가스를 냉각한 열매체를 상기 기화기에 도입하고, 상기 기화기에 있어서, 상기 액화 가스를 기화시켜도 된다.
상기 가스 공급 방법에서는, 상기 압축 장치에 흡입되는 가스의 온도가 미리 정해진 온도보다도 고온으로 된 것이 검출되면, 상기 압축 장치 내에 있어서, 압축부로부터 토출된 가스가 쿨러를 바이패스하도록, 전환 기구를 전환해도 된다.
상기 가스 공급 방법에서는, 상기 열매체가 순환하는 냉각 회로에 있어서, 열매체의 온도가 미리 설정된 온도보다도 고온으로 된 것이 검출되면, 상기 열매체를 냉동기에 의하여 냉각해도 된다.
상기 가스 공급 방법에서는, 상기 기화기에서 기화된 가스의 적어도 일부를 배출로로부터 배출해도 된다.
Claims (13)
- 액화 가스를 저류하는 저장 용기와,
상기 저장 용기로부터 도출된 액화 가스를 기화시키는 기화기와,
상기 기화기에서 상기 액화 가스로부터 기화된 가스를 압축하는 압축 장치와,
상기 압축 장치에서 압축된 가스를 저류하는 축압기와,
상기 축압기로부터 디스펜서로 이어지는 공급로를 구비하고 있는 가스 공급 장치. - 제1항에 있어서,
상기 디스펜서 내를 흐르는 가스를 냉각하는 열교환기와 상기 기화기 사이에서 열매체가 순환하는 냉각 회로를 구비하고 있는 가스 공급 장치. - 제2항에 있어서,
상기 냉각 회로에는, 열매체의 순환 방향에 있어서의 상기 기화기의 하류측 부위에, 열매체를 일시적으로 저류하는 열매체 탱크가 설치되어 있는 가스 공급 장치. - 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 냉각 회로에는, 상기 기화기와 병렬로 되도록 냉동기가 접속되어 있는 가스 공급 장치. - 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 기화기에서 기화된 가스를 배출하는 배출로가 설치되어 있는 가스 공급 장치. - 제1항에 있어서,
상기 저장 용기에는, 상기 저장 용기 내의 가스를 상기 압축 장치로 유도하는 가스측 유입로가 접속되어 있는 가스 공급 장치. - 제1항에 있어서,
상기 압축 장치는,
가스를 압축하는 압축기와,
상기 압축기를 우회하는 우회로를 구비하고 있는 가스 공급 장치. - 제1항에 있어서,
상기 압축 장치는,
제1 압축부와, 상기 제1 압축부의 다음 단의 압축부인 제2 압축부가 포함되는 복수의 압축부와,
쿨러가 설치된 냉각용 유로와,
상기 쿨러를 바이패스하는 바이패스 유로와,
상기 제1 압축부와 상기 제2 압축부의 접속을 상기 냉각용 유로와 상기 바이패스 유로 사이에서 전환하는 전환 기구를 구비하고 있는 가스 공급 장치. - 디스펜서에 가스를 공급하는 가스 공급 방법이며,
저장 용기에 저류된 액화 가스를 해당 저장 용기로부터 유출시키고,
상기 저장 용기로부터 유출된 액화 가스를 기화기에 있어서 기화시키고,
상기 기화기에 있어서 기화된 가스를 압축 장치에서 압축하고,
상기 압축 장치에서 압축된 가스를 축압기를 통하여 또는 직접적으로 디스펜서에 공급하는 가스 공급 방법. - 제9항에 있어서,
상기 디스펜서에 설치된 열교환기에 있어서, 상기 가스를 냉각한 열매체를 상기 기화기에 도입하고, 상기 기화기에 있어서, 상기 액화 가스를 기화시키는 가스 공급 방법. - 제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 압축 장치에 흡입되는 가스의 온도가 미리 정해진 온도보다도 고온으로 된 것이 검출되면, 상기 압축 장치 내에 있어서, 압축부로부터 토출된 가스가 쿨러를 바이패스하도록, 전환 기구를 전환하는 가스 공급 방법. - 제9항에 있어서,
상기 열매체가 순환하는 냉각 회로에 있어서, 열매체의 온도가 미리 설정된 온도보다도 고온으로 된 것이 검출되면, 상기 열매체를 냉동기에 의하여 냉각하는 가스 공급 방법. - 제9항에 있어서,
상기 기화기에서 기화된 가스의 적어도 일부를 배출로로부터 배출하는 가스 공급 방법.
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KR102386377B1 (ko) * | 2021-06-15 | 2022-04-14 | 주식회사 한국가스기술공사 | 액화수소 냉열을 활용한 수소충전소 |
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