KR20210048301A - 수소 충전 시스템 - Google Patents

수소 충전 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20210048301A
KR20210048301A KR1020190132416A KR20190132416A KR20210048301A KR 20210048301 A KR20210048301 A KR 20210048301A KR 1020190132416 A KR1020190132416 A KR 1020190132416A KR 20190132416 A KR20190132416 A KR 20190132416A KR 20210048301 A KR20210048301 A KR 20210048301A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
hydrogen
charging
line
receptacle
fuel cell
Prior art date
Application number
KR1020190132416A
Other languages
English (en)
Inventor
구진우
정명주
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사, 기아 주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020190132416A priority Critical patent/KR20210048301A/ko
Priority to US15/930,419 priority patent/US10998561B1/en
Priority to DE102020206154.8A priority patent/DE102020206154A1/de
Priority to CN202010451764.8A priority patent/CN112696609A/zh
Publication of KR20210048301A publication Critical patent/KR20210048301A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C5/00—Methods or apparatus for filling containers with liquefied, solidified, or compressed gases under pressures
    • F17C5/06—Methods or apparatus for filling containers with liquefied, solidified, or compressed gases under pressures for filling with compressed gases
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04067—Heat exchange or temperature measuring elements, thermal insulation, e.g. heat pipes, heat pumps, fins
    • H01M8/04074—Heat exchange unit structures specially adapted for fuel cell
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
    • F17C13/02—Special adaptations of indicating, measuring, or monitoring equipment
    • F17C13/026—Special adaptations of indicating, measuring, or monitoring equipment having the temperature as the parameter
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
    • F17C13/04—Arrangement or mounting of valves
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04373—Temperature; Ambient temperature of auxiliary devices, e.g. reformers, compressors, burners
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04776—Pressure; Flow at auxiliary devices, e.g. reformer, compressor, burner
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/22—Fuel cells in which the fuel is based on materials comprising carbon or oxygen or hydrogen and other elements; Fuel cells in which the fuel is based on materials comprising only elements other than carbon, oxygen or hydrogen
    • H01M8/222—Fuel cells in which the fuel is based on compounds containing nitrogen, e.g. hydrazine, ammonia
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
    • F17C2205/03—Fluid connections, filters, valves, closure means or other attachments
    • F17C2205/0302—Fittings, valves, filters, or components in connection with the gas storage device
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
    • F17C2205/03—Fluid connections, filters, valves, closure means or other attachments
    • F17C2205/0302—Fittings, valves, filters, or components in connection with the gas storage device
    • F17C2205/0323—Valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
    • F17C2205/03—Fluid connections, filters, valves, closure means or other attachments
    • F17C2205/0302—Fittings, valves, filters, or components in connection with the gas storage device
    • F17C2205/0338—Pressure regulators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
    • F17C2205/03—Fluid connections, filters, valves, closure means or other attachments
    • F17C2205/0302—Fittings, valves, filters, or components in connection with the gas storage device
    • F17C2205/0382—Constructional details of valves, regulators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/01—Pure fluids
    • F17C2221/012—Hydrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/04—Methods for emptying or filling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2250/00—Accessories; Control means; Indicating, measuring or monitoring of parameters
    • F17C2250/04—Indicating or measuring of parameters as input values
    • F17C2250/0404—Parameters indicated or measured
    • F17C2250/0439—Temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2250/00—Accessories; Control means; Indicating, measuring or monitoring of parameters
    • F17C2250/06—Controlling or regulating of parameters as output values
    • F17C2250/0605—Parameters
    • F17C2250/0631—Temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2260/00—Purposes of gas storage and gas handling
    • F17C2260/03—Dealing with losses
    • F17C2260/031—Dealing with losses due to heat transfer
    • F17C2260/032—Avoiding freezing or defrosting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0134—Applications for fluid transport or storage placed above the ground
    • F17C2270/0139—Fuel stations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0165—Applications for fluid transport or storage on the road
    • F17C2270/0184—Fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Abstract

본 발명은 수소 충전 시스템에 관한 것으로, 연료전지 차량에 마련되며 수소를 공급하는 충전노즐이 연결되는 리셉터클, 연료전지 차량에 구비되는 수소탱크와 연결되는 매니폴드, 리셉터클과 매니폴드를 연결하는 수소충전라인, 연료전지 차량에 구비되는 연료전지 스택과 매니폴드를 연결하는 수소공급라인, 및 수소공급라인에 연결되며 수소탱크에 수소를 충전하는 중에 수소공급라인에 공급되는 상기 수소에 의한 압축열(heat of compression)로 리셉터클을 가열하는 버퍼라인을 포함하는 것에 의하여, 리셉터클의 결빙을 억제하고 안전성 및 신뢰성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

Description

수소 충전 시스템{SYSTEM FOR CHARGING HYDROGEN}
본 발명은 수소 충전 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 충전노즐과 연결되는 리셉터클의 결빙을 억제하고 안전성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 수소 충전 시스템에 관한 것이다.
연료전지 차량(Fuel Cell Electric Vehicle, FCEV)은 연료전지 스택에서 산소와 수소의 전기 화학적인 반응으로 전기에너지를 생산하여 동력원으로 사용한다.
연료전지 차량은 연료와 공기를 외부에서 공급하여 전지의 용량에 관계없이 계속 발전할 수 있어, 효율이 높고 오염물질이 거의 배출되지 않는 이점으로 인해, 지속적인 연구개발이 이루어지고 있다.
연료전지 차량에는 수소탱크(예를 들어, 3개의 수소탱크)가 마련되고, 수소탱크에는 수소 저장 시스템의 수소 충전 라인을 따라 수소가 저장된다. 수소탱크에 저장된 수소는 수소 공급 라인을 따라 레귤레이터를 통해 감압된 후 연료전지 스택으로 공급되어 전기에너지 생성하는데 사용된다.
또한, 연료전지 차량에는 수소가스를 공급하는 충전노즐과 연결되는 일종의 커넥터로서 수소 충전용 리셉터클(receptacle)이 마련된다.
그런데, 기존에는 수소 급속 충전시 수소의 매우 낮은 충전 온도(예를 들어, -33℃~-40℃)로 인해, 충전노즐과 리셉터클의 연결 부위(리셉터클 주변)에서 결빙 현상이 발생하는 문제점이 있으며, 결빙 현상으로 인해 수소 충전 완료 후 리셉터클에서 충전노즐을 적시에 분리하지 못하게 되는 문제점이 있다.
이에 따라, 최근에는 수소 충전시 리셉터클의 결빙을 억제하기 위한 다양한 연구가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 충전노즐과 연결되는 리셉터클의 결빙을 억제하고 안전성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 수소 충전 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명은 수소 충전시 리셉터클의 결빙을 억제하고, 수소 충전 완료 후 리셉터클로부터 충전노즐을 용이하게 분리할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 리셉터클의 결빙에 의한 내구성 및 안전성 저하를 최소화할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 수소탱크의 과열을 적시에 억제하고, 수소탱크의 내구성 저하 및 손상을 최소화할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 수소 충전 시스템은, 연료전지 차량에 마련되며 수소를 공급하는 충전노즐이 연결되는 리셉터클, 연료전지 차량에 구비되는 수소탱크와 연결되는 매니폴드, 리셉터클과 매니폴드를 연결하는 수소충전라인, 연료전지 차량에 구비되는 연료전지 스택과 매니폴드를 연결하는 수소공급라인, 및 수소공급라인에 연결되며 수소탱크에 수소를 충전하는 중에 수소공급라인에 공급되는 상기 수소에 의한 압축열(heat of compression)로 리셉터클을 가열하는 버퍼라인을 포함한다.
이는, 충전노즐과 연결되는 리셉터클의 결빙을 억제하고 안전성 및 신뢰성을 향상시키기 위함이다.
즉, 기존에는 수소의 급속 충전시 수소의 매우 낮은 충전 온도(예를 들어, -33℃~-40℃)로 인해, 충전노즐과 리셉터클의 연결 부위(리셉터클 주변)에서 결빙 현상이 발생하는 문제점이 있으며, 결빙 현상으로 인해 수소 충전 완료 후 리셉터클에서 충전노즐을 적시에 분리하지 못하게 되는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명은 수소탱크에 수소를 충전하는 중에 수소공급라인에 연결되는 버퍼라인에서 발생하는 압축열을 이용하여 리셉터클이 가열되도록 하는 것에 의하여, 리셉터클의 결빙을 억제하고 안전성 및 신뢰성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이는, 수소의 충전시, 수소공급라인에 밀폐되게 연결된 버퍼라인에 수소가 공급(충전)됨에 따라 버퍼라인의 내부 압력이 일정 이상 상승하면, 버퍼라인의 내부에 충전된 수소에서 압축열이 발생한다는 것에 기인한 것이다.
무엇보다도 본 발명은 리셉터클을 가열하기 위한 가열수단을 별도로 마련하지 않고도 리셉터클의 결빙을 억제할 수 있으므로, 구조를 간소화할 수 있으며, 수소 충전 완료후 리셉터클로부터 충전노즐을 용이하게 분리하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
바람직하게, 수소공급라인 상에는 연료전지 스택으로 공급되는 수소를 감압하는 레귤레이터, 및 연료전지 스택으로 공급되는 수소의 공급량을 조절하는 수소공급장치가 마련된다.
보다 구체적으로, 레귤레이터는 매니폴드와 연료전지 스택의 사이에 배치되도록 수소공급라인에 연결되고, 수소공급장치는 레귤레이터와 연료전지 스택의 사이에 배치되도록 수소공급라인에 연결된다.
버퍼라인은 수소공급라인에 밀폐되게 연결 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있다. 바람직하게, 버퍼라인의 일단은 매니폴드와 레귤레이터의 사이에서 수소공급라인에 연결되고, 버퍼라인의 다른 일단은 상기 리셉터클에 연결된다.
더욱 바람직하게, 리셉터클의 둘레에는 밀폐된 버퍼챔버가 마련되고, 버퍼라인의 다른 일단은 버퍼챔버에 연결된다.
보다 구체적으로, 리셉터클은, 충전노즐과 연통되는 공급유로가 형성된 리셉터클 본체, 공급유로를 선택적으로 개폐하는 밸브부재, 및 리셉터클 본체의 둘레를 감싸도록 마련되며 버퍼챔버가 내부에 형성되는 커버부재를 포함할 수 있다.
일 예로, 버퍼챔버는 리셉터클 본체의 외주면을 전체적으로 감싸도록 형성될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 버퍼챔버가 리셉터클 본체의 외주면을 나선형으로 감싸도록 형성되는 것도 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 수소 충전 시스템은, 버퍼라인에 마련되며 버퍼라인에서 수소의 온도를 측정하는 온도측정부, 및 연료전지 차량에 마련되며 온도측정부에서 측정된 수소의 온도를 표시하는 온도표시부를 포함할 수 있다.
이는, 수소 충전중에, 버퍼라인과 수소탱크의 온도가 동일하게 상승한다는 것에 기인한 것으로, 버퍼라인의 온도를 통해 수소탱크의 온도를 간접적으로 감지함으로써, 수소탱크가 일정 이상 온도로 과열(예를 들어, 85℃ 이상 과열)되기 전에 수소 공급을 차단하기 위함이다.
일반적으로 수소 충전소에서는 매우 낮은 온도(예를 들어, -33℃~-40℃)로 수소가 공급되지만, 충전소의 상황(예를 들어, 냉각기 이상 발생)에 따라 수소의 공급 온도가 상승하는 경우에는 수소탱크의 온도가 과도하게 상승함에 따라 수소탱크의 내구성 및 안전성이 저하되는 문제점이 있다.
기존에는 연료전지 차량의 내부(예를 들어, 수소탱크)에 온도센서를 장착하고, 수소 충전시 온도센서에서 측정된 신호(수소탱크의 온도)를 수소 충전소로 원격으로 송신하는 것에 의하여, 수소탱크의 과열 여부를 판단하였지만, 온도센서와 수소 충전소와의 통신 이상 등으로 인하여 수소탱크의 온도가 수소 충전소에 정확하게 송신되지 못하면, 수소탱크의 과열 여부를 적시에 확인하기 어려운 문제점이 있다.
하지만, 본 발명은 사용자가 직접 온도표시부를 통해 수소탱크의 과열 여부를 적시에 확인할 수 있도록 하는 것에 의하여, 온도센서와 수소 충전소와의 통신 이상이 발생하더라도, 수소탱크의 과열 여부를 적시에 확인하고, 수소탱크의 과열 전에 수소 충전을 중단할 수 있으므로, 과열에 의한 수소탱크의 내구성 및 안전성 저하를 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
온도측정부로서는 버퍼라인의 내부(예를 들어, 리셉터클에 연결되는 버퍼라인의 단부)에 장착되어 버퍼라인의 내부 온도를 측정할 수 있는 다양한 측정수단이 사용될 수 있다. 바람직하게, 온도측정부로서는 바이메탈 온도 스위치가 사용된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 충전노즐과 연결되는 리셉터클의 결빙을 억제하고 안전성 및 신뢰성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.as
특히, 본 발명에 따르면 수소 충전시 리셉터클의 결빙을 억제하고, 수소 충전 완료 후 리셉터클로부터 충전노즐을 용이하게 분리할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 리셉터클의 결빙에 의한 내구성 및 안전성 저하를 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 수소탱크의 과열을 적시에 억제하고, 수소탱크의 내구성 저하 및 손상을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 수소 충전 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 수소 충전 시스템으로서, 충전시 수소의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 수소 충전 시스템으로서, 버퍼챔버를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 수소 충전 시스템으로서, 버퍼챔버의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 수소 충전 시스템으로서, 온도측정부 및 온도표시부를 설명하기 위한 도면이다.
도 6는 본 발명에 따른 수소 충전 시스템으로서, 조절밸브 및 제어부를 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 수소 충전 시스템을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 수소 충전 시스템으로서, 충전시 수소의 흐름을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 3은 본 발명에 따른 수소 충전 시스템으로서, 버퍼챔버를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 수소 충전 시스템으로서, 버퍼챔버의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 수소 충전 시스템으로서, 온도측정부 및 온도표시부를 설명하기 위한 도면이며, 도 6는 본 발명에 따른 수소 충전 시스템으로서, 조절밸브 및 제어부를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 수소 충전 시스템(10)은, 연료전지 차량(20)에 마련되며 수소를 공급하는 충전노즐(102)이 연결되는 리셉터클(100), 연료전지 차량(20)에 구비되는 수소탱크(200)와 연결되는 매니폴드(300), 리셉터클(100)과 매니폴드(300)를 연결하는 수소충전라인(22), 연료전지 차량(20)에 구비되는 연료전지 스택(600)과 매니폴드(300)를 연결하는 수소공급라인(24), 및 수소공급라인(24)에 연결되며 수소탱크(200)에 수소를 충전하는 중에 수소공급라인(24)에 공급되는 상기 수소에 의한 압축열(heat of compression)로 리셉터클(100)을 가열하는 버퍼라인(26)을 포함한다.
연료전지 차량(20)에는 수소를 공급하는 충전노즐(102)이 연결되는 리셉터클(100)이 마련된다.
리셉터클(100)로서는 충전노즐(102)과 통상의 결합 구조(예를 들어, 암수 결합 구조)으로 연결(결합)될 수 있는 다양한 리셉터클(100)이 사용될 수 있으며, 리셉터클(100)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
또한, 연료전지 차량(20)에는 수소가 저장되는 수소탱크(200)가 마련되고, 매니폴드(300)는 수소탱크(200)에 연결된다.
일 예로, 연료전지 차량(20)에는 3개의 수소탱크(200)가 마련될 수 있으며, 매니폴드(300)는 3개의 수소탱크(200)와 공통적으로 연결된다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 연료전지 차량에 4개 이상 또는 2개 이하의 수소탱크가 마련될 수 있으며, 수소탱크의 개수 및 배열 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
매니폴드(300)는 수소의 유동 경로를 분기 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 매니폴드(300)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 매니폴드(300)에는 수소공급라인(24)과 연결되는 제1포트(미도시), 3개의 수소탱크(200)와 연결되는 제2포트(미도시) 내지 제4포트(미도시), 및 수소충전라인(22)과 연결되는 제5포트(미도시)가 형성될 수 있다.
수소충전라인(22)은 리셉터클(100)과 매니폴드(300)를 연결하도록 구성되며, 충전노즐(102)을 통해 리셉터클(100)에 공급된 수소는 수소충전라인(22)과 매니폴드(300)를 거쳐 수소탱크(200)에 충전된다.
수소공급라인(24)은 수소탱크(200)에 저장된 수소를 연료전지 스택(600)으로 공급하기 위해 마련된다.
보다 구체적으로, 수소공급라인(24)은 연료전지 차량(20)에 구비되는 연료전지 스택(600)과 매니폴드(300)를 연결하도록 구성되며, 수소탱크(200)에 저장된 수소는 매니폴드(300) 및 수소공급라인(24)을 거쳐 연료전지 스택(600)에 공급된다.
참고로, 연료전지 스택(600)은 연료(예를 들어, 수소)와 산화제(예를 들어, 공기)의 산화환원반응을 통해 전기를 생산할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있다.
일 예로, 연료전지 스택(600)은, 수소 이온이 이동하는 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매전극층이 부착된 막전극접합체(MEA:Membrane Electrode Assembly)(미도시), 반응기체들을 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행하는 기체확산층(GDL:Gas Diffusion Layer)(미도시), 반응기체들 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하기 위한 가스켓 및 체결기구(미도시), 그리고 반응기체들 및 냉각수를 이동시키는 분리판(bipolar plate)(미도시)을 포함한다.
보다 구체적으로, 연료전지 스택(600)에서 연료인 수소와 산화제인 공기(산소)가 분리판의 유로를 통해 막전극접합체의 애노드(anode)와 캐소드(cathode)로 각각 공급되는데, 수소는 애노드로 공급되고, 공기는 캐소드로 공급된다.
애노드로 공급된 수소는 전해질막의 양쪽에 구성된 전극층의 촉매에 의해 수소 이온(proton)과 전자(electron)로 분해되며, 이 중 수소 이온만이 선택적으로 양이온교환막인 전해질막을 통과하여 캐소드로 전달되고, 동시에 전자는 도체인 기체확산층과 분리판을 통해 캐소드로 전달된다.
캐소드에서는 전해질막을 통해 공급된 수소 이온과 분리판을 통해 전달된 전자가 공기공급장치에 의해 캐소드로 공급된 공기 중 산소와 만나서 물을 생성하는 반응을 일으킨다. 이때 일어나는 수소 이온의 이동에 기인하여 외부 도선을 통한 전자의 흐름이 발생하며, 이러한 전자의 흐름으로 전류가 생성된다.
또한, 수소공급라인(24) 상에는 연료전지 스택(600)으로 공급되는 수소를 감압하는 레귤레이터(400), 및 연료전지 스택(600)으로 공급되는 수소의 공급량을 조절하는 수소공급장치(FPS : Fuel Processing System)(500)가 마련된다.
보다 구체적으로, 레귤레이터(400)는 매니폴드(300)와 연료전지 스택(600)의 사이에 배치되도록 수소공급라인(24)에 연결되고, 수소공급라인(24)을 따라 공급되는 고압(예를 들어, 700bar)의 수소는 레귤레이터(400)를 통과함에 따라 감압(예를 들어, 16bar)된 상태로 연료전지 스택(600)으로 공급될 수 있다.
수소공급장치(500)는 레귤레이터(400)와 연료전지 스택(600)의 사이에 배치되도록 수소공급라인(24)에 연결되고, 연료전지 스택(600)으로 공급되는 수소의 공급량을 조절한다. 또한, 연료전지 스택(600)으로의 수소 공급은 수소공급장치(500)에 의해 선택적으로 허용 또는 차단될 수 있다.
버퍼라인(26)은 수소공급라인(24)에 연결되며, 수소탱크(200)에 상기 수소를 충전하는 중에 수소공급라인(24)에 공급되는 수소에 의한 압축열(heat of compression)을 이용하여 리셉터클(100)을 가열하도록 마련된다.
보다 구체적으로, 버퍼라인(26)은, 수소의 급속 충전시 수소의 매우 낮은 충전 온도(예를 들어, -33℃~-40℃)로 인해, 충전노즐(102)과 리셉터클(100)의 연결 부위(리셉터클(100) 주변)에서 결빙 현상이 발생하는 것을 방지하기 위해 마련된다.
이는, 수소의 충전시, 수소공급라인(24)에 밀폐되게 연결된 버퍼라인(26)에 수소가 공급(충전)됨에 따라 버퍼라인(26)의 내부 압력이 일정 이상 상승하면, 버퍼라인(26)의 내부에 충전된 수소에서 압축열이 발생한다는 것에 기인한 것이다.
예를 들어, 버퍼라인(26)(또는 수소탱크)의 내부에 수소가 공급됨에 따라 버퍼라인(26)의 내부 압력이 대략 700bar까지 상승하면, 버퍼라인(26)(또는 수소탱크)의 내부 온도(수소 온도)는 대략 70℃까지 상승하게 된다. 따라서, 수소의 충전 중에, 수소공급라인(24)에 밀폐되게 연결된 버퍼라인(26)에서 발생하는 압축열을 이용하여 리셉터클(100)을 가열할 수 있다.
참고로, 본 발명에서 버퍼라인(26)이 수소공급라인(24)에 밀폐되게 연결된다 함은, 수소충전라인(22)에 연결되는 수소탱크(200)와 같이, 버퍼라인(26)이 밀폐된 수용 공간(출구가 막힌 구조)을 형성하도록 수소공급라인(24)에 연결되는 것으로 정의된다.
보다 구체적으로, 도 2를 참조하면, 수소 충전시(수소 충전시에는 수소공급장치에 의해 수소공급라인이 차단된다), 충전노즐(102)에서 리셉터클(100)로 공급되는 수소 중 일부는 매니폴드(300)를 거쳐 수소탱크(200)에 충전되고, 충전노즐(102)에서 리셉터클(100)로 공급되는 수소 중 나머지는 매니폴드(300)를 거쳐 수소공급라인(24)에 공급된다.
아울러, 수소의 충전중에는, 수소공급라인(24)이 수소공급장치(500)에 의해 차단되기 때문에, 수소공급라인(24)으로 공급된 수소는 버퍼라인(26)으로 흐르게 되는데, 버퍼라인(26)은 출구가 막힌 밀폐된 구조로 형성되므로, 수소탱크(200)에 공급된 수소에 의해 수소탱크(200)의 내부 압력 및 온도가 상승함과 동시에, 버퍼라인(26)에 공급된 수소에 의해 버퍼라인(26)의 내부 압력 및 내부 온도가 증가하게 된다.
버퍼라인(26)은 수소공급라인(24)에 밀폐되게 연결 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있다.
바람직하게, 버퍼라인(26)의 일단(예를 들어, 제1단부)은 매니폴드(300)와 레귤레이터(400)의 사이에서 수소공급라인(24)에 연결되고, 버퍼라인(26)의 다른 일단(예를 들어, 제2단부)은 리셉터클(100)에 연결된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 버퍼라인의 일단이 레귤레이터와 수소공급장치의 사이에서 수소공급라인에 연결되고, 버퍼라인의 다른 일단이 리셉터클에 연결되도록 구성하는 것도 가능하다. 다만, 버퍼라인의 일단이 레귤레이터와 수소공급장치의 사이에서 수소공급라인에 연결되면, 버퍼라인에는 레귤레이터를 거쳐 감압된 수소가 공급되고, 버퍼라인의 내부 압력은 압축열이 충분하게 발생할 수 있을 정도로 상승하기 어려우므로, 버퍼라인의 일단은 레귤레이터와 수소공급장치의 사이에서 수소공급라인에 연결되는 것이 바람직하다.
더욱 바람직하게, 리셉터클(100)의 둘레에는 밀폐된 버퍼챔버(132)가 마련되고, 버퍼라인(26)의 다른 일단은 버퍼챔버(132)에 연결된다.
보다 구체적으로, 리셉터클(100)은, 충전노즐(102)과 연통되는 공급유로(112)가 형성된 리셉터클 본체(110), 공급유로(112)를 선택적으로 개폐하는 밸브부재(120), 및 리셉터클 본체(110)의 둘레를 감싸도록 마련되는 커버부재(130)를 포함할 수 있으며, 커버부재(130)의 내부에는 버퍼챔버(132)가 형성될 수 있다.
참고로, 밸브부재(120)는 스프링부재(122)에 의해 공급유로(112)를 탄성적으로 개폐하도록 구성될 수 있으며, 밸브부재(120)의 구조 및 개폐 구조는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
일 예로, 도 3을 참조하면, 버퍼챔버(132)는 리셉터클 본체(110)의 외주면을 전체적으로 감싸는 원통 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 4를 참조하면, 버퍼챔버(132')는 리셉터클 본체(110)의 외주면을 나선형으로 부분적으로 감싸도록 형성되는 것도 가능하다.
이와 같이, 수소 충전시, 리셉터클(100)의 둘레에 형성되는 버퍼챔버(132)에서 압축열이 발생하도록 하고, 압축열에 의해 리셉터클(100)이 가열되도록 하는 것에 의하여, 수소의 충전시 수소의 매우 낮은 충전 온도로 인해 충전노즐(102)과 리셉터클(100)의 연결 부위(리셉터클 주변)에서 결빙 현상이 발생하는 것을 억제하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
한편, 도 5를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 수소 충전 시스템(10)은, 버퍼라인(26)에 마련되며 버퍼라인(26)에서 수소의 온도를 측정하는 온도측정부(700), 및 연료전지 차량(20)에 마련되며 온도측정부(700)에서 측정된 수소의 온도를 표시하는 온도표시부(800)를 포함할 수 있다.
이는, 수소 충전중에, 버퍼라인(26)과 수소탱크(200)의 온도가 동일하게 상승한다는 것에 기인한 것으로, 버퍼라인(26)의 온도를 통해 수소탱크(200)의 온도를 간접적으로 감지함으로써, 수소탱크(200)가 일정 이상 온도로 과열(예를 들어, 85℃ 이상 과열)되기 전에 수소 공급을 차단하기 위함이다.
일반적으로 수소 충전소에서는 매우 낮은 온도(예를 들어, -33℃~-40℃)로 수소가 공급되지만, 충전소의 상황(예를 들어, 냉각기 이상 발생)에 따라 수소의 공급 온도가 상승하는 경우에는 수소탱크(200)의 온도가 과도하게 상승함에 따라 수소탱크(200)의 내구성 및 안전성이 저하되는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명은 버퍼라인(26)의 온도를 통해 수소탱크(200)의 온도를 간접적으로 감지하고, 이를 사용자에게 알려줄 수 있도록 하는 것에 의하여, 수소탱크(200)의 온도가 과도하게 상승하기 전에 수소 충전을 중단할 수 있다.
온도측정부(700)로서는 버퍼라인(26)의 내부(예를 들어, 리셉터클에 연결되는 버퍼라인의 단부)에 장착되어 버퍼라인(26)의 내부 온도를 측정할 수 있는 다양한 측정수단이 사용될 수 있으며, 온도측정부(700)의 종류 및 측정 방식에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
바람직하게, 온도측정부(700)로서는 바이메탈 온도 스위치가 사용될 수 있다.
일 예로, 바이메탈 온도 스위치는 서로 다른 열팽창계수를 갖는 두개의 금속판(미도시)을 적층하여 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 버퍼라인(26)의 내부 온도가 올라갈 때는 열팽창 정도가 큰 금속판이 더 많이 팽창하면서 열팽창 정도가 작은 금속판 쪽으로 휘어질 수 있고, 반대로, 버퍼라인(26)의 내부 온도가 내려갈 때는 열팽창 정도가 큰 금속판이 더 많이 수축하면서 열팽창 정도가 큰 금속판 쪽으로 휘어질 수 있다.
온도표시부(800)는 온도측정부(700)에서 측정된 버퍼라인(26)의 내부 온도를 표시할 수 있는 다양한 표시수단이 사용될 수 있으며, 온도표시부(800)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 온도표시부(800)는 버퍼라인(26)의 내부 온도 변화를 아날로그 방식으로 표시하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면 온도표시부가 버퍼라인의 내부 온도 변화를 디지털 방식으로 표시하도록 구성되는 것도 가능하다.
온도표시부(800)는 수소 주입구 커버(미도시)의 내측 또는 내면에 장착될 수 있으며, 온도표시부(800)의 장착 위치는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
기존에는 연료전지 차량(20)의 내부(예를 들어, 수소탱크)에 온도센서를 장착하고, 수소 충전시 온도센서에서 측정된 신호(수소탱크의 온도)를 수소 충전소로 원격으로 송신하는 것에 의하여, 수소탱크(200)의 과열 여부를 판단하였지만, 온도센서와 수소 충전소와의 통신 이상 등으로 인하여 수소탱크(200)의 온도가 수소 충전소에 정확하게 송신되지 못하면, 수소탱크(200)의 과열 여부를 적시에 확인하기 어려운 문제점이 있다.
하지만, 본 발명은 사용자가 직접 온도표시부(800)를 통해 수소탱크(200)의 과열 여부를 적시에 확인할 수 있도록 하는 것에 의하여, 온도센서와 수소 충전소와의 통신 이상이 발생하더라도, 수소탱크(200)의 과열 여부를 적시에 확인하고, 수소탱크(200)의 과열 전에 수소 충전을 중단할 수 있으므로, 과열에 의한 수소탱크(200)의 내구성 및 안전성 저하를 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 수소 충전 시스템(10)은, 버퍼라인(26)에 마련되며 버퍼라인(26)에서 수소의 온도를 측정하는 온도측정부(700), 수소충전라인(22)을 따라 충전되는 수소의 충전량을 조절하는 조절밸브(900), 및 온도측정부(700)에서 측정된 버퍼라인(26)의 내부 온도에 기초하여 조절밸브(900)를 제어하는 제어부(920)를 포함한다.
이는, 수소 충전중에, 버퍼라인(26)과 수소탱크(200)의 온도가 동일하게 상승한다는 것에 기인한 것으로, 버퍼라인(26)의 온도를 통해 수소탱크(200)의 온도를 간접적으로 감지하고, 수소탱크(200)의 온도 변화(또는 과열 여부)에 따라 수소의 충전을 차단하거나 충전량을 제어하기 위함이다.
온도측정부(700)로서는 버퍼라인(26)의 내부(예를 들어, 리셉터클에 연결되는 버퍼라인의 단부)에 장착되어 버퍼라인(26)의 내부 온도를 측정할 수 있는 다양한 측정수단이 사용될 수 있으며, 온도측정부(700)의 종류 및 측정 방식에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
바람직하게, 온도측정부(700)로서는 바이메탈 온도 스위치가 사용될 수 있다.
일 예로, 바이메탈 온도 스위치는 서로 다른 열팽창계수를 갖는 두개의 금속판(미도시)을 적층하여 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 버퍼라인(26)의 내부 온도가 올라갈 때는 열팽창 정도가 큰 금속판이 더 많이 팽창하면서 열팽창 정도가 작은 금속판 쪽으로 휘어질 수 있고, 반대로, 버퍼라인(26)의 내부 온도가 내려갈 때는 열팽창 정도가 큰 금속판이 더 많이 수축하면서 열팽창 정도가 큰 금속판 쪽으로 휘어질 수 있다.
조절밸브(900)는 수소충전라인(22)을 따라 충전되는 수소의 충전량을 조절하도록 마련된다.
여기서, 수소충전라인(22)을 따라 충전되는 수소의 충전량을 조절한다 함은, 수소의 충전을 중단 또는 허용하거나, 충전량(충전 유량)을 조절하는 것을 모두 포함하는 것으로 정의된다.
조절밸브(900)로서는 수소충전라인(22)을 따라 충전되는 수소의 충전량을 조절할 수 있는 다양한 밸브수단이 사용될 수 있으며, 조절밸브(900)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 조절밸브(900)는 매니폴드(300)와 리셉터클(100)의 사이에 배치되도록 수소충전라인(22)에 연결될 수 있다. 다른 일 예로, 조절(900)는 매니폴드(300)와 수소탱크(200)의 사이에 배치되도록 수소충전라인(22)에 연결될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 조절밸브(900)를 수소탱크의 입구에 장착하는 것도 가능하다.
제어부(920)는 온도측정부(700)에서 측정된 버퍼라인(26)의 내부 온도에 기초하여 조절밸브(900)를 제어한다.
일 예로, 제어부(920)는 수소탱크(200)의 온도가 일정 이상 상승되면, 조절밸브(900)를 제어하여, 수소탱크(200)로의 수소 충전을 중단하거나 충전량(충전 유량)을 낮게 조절할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 수소탱크(200)의 온도 변화(또는 과열 여부)에 따라 수소의 충전을 차단하거나 충전량을 제어하는 것에 의하여, 수소탱크(200)의 과열 전에 수소 충전을 중단(또는 충전량을 낮게 제어)할 수 있으므로, 과열에 의한 수소탱크(200)의 내구성 및 안전성 저하를 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 수소 충전 시스템
20 : 연료전지 차량
22 : 수소충전라인
24 : 수소공급라인
26 : 버퍼라인
100 : 리셉터클
102 : 충전노즐
110 : 리셉터클 본체
112 : 공급유로
120 : 밸브부재
122 : 스프링부재
130 : 커버부재
132,132' : 버퍼챔버
200 : 수소탱크
300 : 매니폴드
400 : 레귤레이터
500 : 수소공급장치
600 : 연료전지 스택
700 : 온도측정부
800 : 온도표시부
900 : 조절밸브
920 : 제어부

Claims (10)

  1. 연료전지 차량에 마련되며, 수소를 공급하는 충전노즐이 연결되는 리셉터클;
    상기 연료전지 차량에 구비되는 수소탱크와 연결되는 매니폴드;
    상기 리셉터클과 상기 매니폴드를 연결하는 수소충전라인;
    상기 연료전지 차량에 구비되는 연료전지 스택과 상기 매니폴드를 연결하는 수소공급라인; 및
    상기 수소공급라인에 연결되며, 상기 수소탱크에 상기 수소를 충전하는 중에 상기 수소공급라인에 공급되는 상기 수소에 의한 압축열(heat of compression)로 상기 리셉터클을 가열하는 버퍼라인;
    을 포함하는 수소 충전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수소공급라인에 마련되며, 상기 연료전지 스택으로 공급되는 상기 수소를 감압하는 레귤레이터를 포함하고,
    상기 버퍼라인의 일단은 상기 매니폴드와 상기 레귤레이터의 사이에서 상기 수소공급라인에 연결되고, 상기 버퍼라인의 다른 일단은 상기 리셉터클에 연결되는 수소 충전 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 리셉터클의 둘레에는 밀폐된 버퍼챔버가 마련되고,
    상기 버퍼라인의 다른 일단은 상기 버퍼챔버에 연결되는 수소 충전 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 리셉터클은,
    상기 충전노즐과 연통되는 공급유로가 형성된 리셉터클 본체;
    상기 공급유로를 선택적으로 개폐하는 밸브부재; 및
    상기 리셉터클 본체의 둘레를 감싸도록 마련되며, 상기 버퍼챔버가 내부에 형성되는 커버부재;
    를 포함하는 수소 충전 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 버퍼챔버는 상기 리셉터클 본체의 외주면을 전체적으로 감싸도록 형성되는 수소 충전 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 버퍼챔버는 상기 리셉터클 본체의 외주면을 나선형으로 감싸도록 형성되는 수소 충전 시스템.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 레귤레이터와 상기 연료전지 스택의 사이에서 상기 수소공급라인에 연결되며, 상기 연료전지 스택으로의 상기 수소의 공급을 조절하는 수소공급장치를 포함하고,
    상기 수소탱크에 상기 수소를 충전하는 중에, 상기 수소공급장치에 의해 상기 연료전지 스택으로의 상기 수소의 공급이 차단되면, 상기 버퍼라인의 내부 압력이 높아지며 상기 수소에서 상기 압축열이 발생하는 수소 충전 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 버퍼라인에 마련되며, 상기 버퍼라인의 내부 온도를 측정하는 온도측정부; 및
    상기 연료전지 차량에 마련되며, 상기 온도측정부에서 측정된 상기 버퍼라인의 내부 온도를 표시하는 온도표시부;
    를 포함하는 수소 충전 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 온도측정부는 바이메탈 온도 스위치인 수소 충전 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 버퍼라인에 마련되며, 상기 버퍼라인의 내부 온도를 측정하는 온도측정부;
    상기 수소충전라인을 따라 충전되는 상기 수소의 충전량을 조절하는 조절밸브; 및
    상기 온도측정부에서 측정된 상기 버퍼라인의 내부 온도에 기초하여 상기 조절밸브를 제어하는 제어부;
    를 포함하는 수소 충전 시스템.
KR1020190132416A 2019-10-23 2019-10-23 수소 충전 시스템 KR20210048301A (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190132416A KR20210048301A (ko) 2019-10-23 2019-10-23 수소 충전 시스템
US15/930,419 US10998561B1 (en) 2019-10-23 2020-05-12 Hydrogen filling system
DE102020206154.8A DE102020206154A1 (de) 2019-10-23 2020-05-15 Wassserstoff-Betankungssystem
CN202010451764.8A CN112696609A (zh) 2019-10-23 2020-05-25 氢气填充系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190132416A KR20210048301A (ko) 2019-10-23 2019-10-23 수소 충전 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210048301A true KR20210048301A (ko) 2021-05-03

Family

ID=75378911

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190132416A KR20210048301A (ko) 2019-10-23 2019-10-23 수소 충전 시스템

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10998561B1 (ko)
KR (1) KR20210048301A (ko)
CN (1) CN112696609A (ko)
DE (1) DE102020206154A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20240041052A (ko) 2022-09-22 2024-03-29 주식회사 현대케피코 고압수소 밸브의 유로 구조

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022208555A1 (de) 2022-08-18 2024-02-29 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Tanksystem für ein wasserstoffbetriebenes Fahrzeug, Brennstoffzellenanordnung, Wasserstoff-Verbrennungsmotorsystem, brennstoffzellenbetriebenes Fahrzeug, wasserstoffbetriebenes Fahrzeug

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5353849A (en) * 1992-05-27 1994-10-11 Cryogenic Fuels Inc. Apparatus for metering and transfer of cryogenic liquids
US5301723A (en) * 1992-11-06 1994-04-12 Hydra Rig, Inc. Apparatus and method of preventing ice accumulation on coupling valves for cryogenic fluids
JP3736414B2 (ja) * 2001-10-01 2006-01-18 日産自動車株式会社 車両用燃料装置及び燃料充填設備並びに燃料充填システム
US7082969B1 (en) * 2005-01-28 2006-08-01 Hollerback Christopher J Total containment fluid delivery system
JP4803602B2 (ja) * 2007-02-06 2011-10-26 株式会社日本製鋼所 水素充填装置
GB0818799D0 (en) * 2008-10-14 2008-11-19 Agco Sa Vehicle powered by hydrogen fuel cell and system for fuelling such vehicle
US20110247726A1 (en) * 2008-12-11 2011-10-13 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Gas filling system, gas fuel vehicle and gas station
JP5387236B2 (ja) * 2009-08-28 2014-01-15 トヨタ自動車株式会社 高圧ガス充填システムと燃料電池搭載車両
JP5115565B2 (ja) * 2010-02-15 2013-01-09 トヨタ自動車株式会社 車両
CN103797292B (zh) * 2011-09-14 2015-07-08 丰田自动车株式会社 吸引用吸嘴、吸引装置、气体填充装置、气体消耗装置及气体填充系统
US9595725B2 (en) * 2013-05-03 2017-03-14 Ford Global Technologies, Llc Heated ejector assembly for a fuel cell
KR101558356B1 (ko) * 2013-09-16 2015-10-08 현대자동차 주식회사 이젝터를 구비한 연료전지 시스템
KR101610126B1 (ko) * 2014-10-22 2016-04-08 현대자동차 주식회사 수소 공급 매니폴드를 구비한 연료전지 시스템
JP6624132B2 (ja) * 2017-03-15 2019-12-25 トヨタ自動車株式会社 車両及び燃料ガス充填方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20240041052A (ko) 2022-09-22 2024-03-29 주식회사 현대케피코 고압수소 밸브의 유로 구조

Also Published As

Publication number Publication date
US20210126268A1 (en) 2021-04-29
CN112696609A (zh) 2021-04-23
DE102020206154A1 (de) 2021-04-29
US10998561B1 (en) 2021-05-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8940448B2 (en) Fuel cell system
US9306231B2 (en) Back-up fuel cell electric generator comprising a compact manifold body, and methods of managing the operation thereof
US8685590B2 (en) System for pre-activation of polymer electrolyte fuel cell (PEFC)
US8043759B2 (en) Hydrogen chamber enclosed fuel cell stack and related fuel cell shutdown operation
CN101682060A (zh) 燃料电池系统
KR20210048301A (ko) 수소 충전 시스템
CN105591119A (zh) 用于燃料电池的端板、燃料电池和燃料电池系统
US9425448B2 (en) Sealed battery and safety valve
KR20040034585A (ko) 연료 유체용 커플링
US11668438B2 (en) Fluid charging system, nozzle device, and receptacle device
US7915854B2 (en) Maximizing energy storage life in a fuel cell system using active temperature compensation
US20210305594A1 (en) Fluid charging system and nozzle device
CN102263276A (zh) 燃料电池系统及其控制方法
US7896023B2 (en) Fuel leakage vent for fuel source and valve interface
EP3252858B1 (en) Fuel cell and method for operating the same
KR101047299B1 (ko) 연료전지 차량용 워터트랩 밸브
US20080003469A1 (en) Fuel Cell System and Controlling Method Thereof
KR20210115850A (ko) 수소 공급 시스템 및 이에 사용되는 유량조절밸브
JP5426847B2 (ja) ニッケル水素電池積層体の充電方法およびその充電制御システム
KR102453626B1 (ko) 내부 기압제어 기능이 구비된 배터리케이스
JP5161430B2 (ja) 弁の加熱システム
US20130108895A1 (en) Method to control current in a fuel cell system
KR20210110926A (ko) 수소 충전 시스템 및 이에 사용되는 체크밸브
KR20230108370A (ko) 연료전지 차량의 연료 공급 시스템 및 방법
JP2014139864A (ja) 燃料電池システムおよびその制御方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination