KR20210136208A - 수소충전소 정전시 비상전원공급 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수소충전소 정전시 비상전원공급 시스템에 관한 것으로 특히, 수소발생기와 저장 관리 시스템 및 수소압축기가 구비된 수소충전소에서 정전시 비상전원공급을 위한 시스템을 구성함에 있어서, 상기 수소발생기와 저장 관리 시스템 및 수소압축기에 각각 상용전원이 정상적으로 공급되고 있는지의 여부를 실시간으로 검출하여 비상전원 발전기의 발전기 제어부로 전달하는 제 1 내지 제 3 상용전원 감시부를 설치하고, 상기 제 1 내지 제 3 상용전원 감시부의 출력단자와 상기 수소발생기, 저장 관리 시스템 및 수소압축기의 전원공급부 사이에는 정전으로 인해 상기 수소발생기와 저장 관리 시스템 및 수소압축기 중 어느 하나에서라도 상용전원 공급이 차단된 경우 수소발생기에서 제공하는 수소를 이용하여 비상전원을 발전시켜 상용전원이 공급되지 않고 있는 기기에 공급하는 비상전원 발전기를 설치하며, 상기 수소발생기와 비상전원 발전기 사이에는 상기 수소발생기와 저장 관리 시스템 및 수소압축기 중 어느 하나에서라도 상용전원 공급이 차단된 경우 비상전원 발전기 내 발전기 제어부의 제어를 받아 상기 수소발생기에서 발생되는 수소를 비상전원 발전기의 발전연료로 제공하는 제 1 전자변을 설치한 것을 특징으로 한다.
따라서, 수소충전소에서 상용전원 공급 시스템의 고장이나 정전 등으로 상용전원 공급이 차단되었을 때, 수소충전소에 설치되어 있는 수소발생기 또는 자체에 구비된 복합연료로 작동하는 비상발전기를 즉시 가동시켜 수소충전소에 구비된 각종 수소충전 관련장비를 장기간 지속적이면서도 안정적으로 비상발전 전력을 이용하여 구동시킬 수 있어 정전시에도 수소충전소의 충전 관련장비를 보다 안정적이고 효율적으로 운용할 수 있다.

Description

수소충전소 정전시 비상전원공급 시스템{Emergency power supply system in case of power failure in hydrogen station}
본 발명은 수소충전소 정전시 비상전원공급 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수소연료전지에서 발생되는 전기에너지를 이용하여 바퀴 구동용 전기모터를 구동시켜 주행하는 수소연료 자동차에 수소를 충전시켜 주기 위해 설치되는 수소충전소에서 급작스럽게 상용전원 공급이 차단(즉, 정전)되었을 때, 상용전원 공급시스템과 연계시켜 작동시킬 수 있도록 별도로 마련시킨 비상발전기를 즉시 가동시켜 수소충전소에 구비된 각종 수소충전 관련장비를 장기간 지속적이면서도 안정적으로 비상발전 전력을 이용하여 구동시킬 수 있도록 발명한 수소충전소 정전시 비상전원공급 시스템에 관한 것이다.
최근, 이산화탄소 배출량을 억제하는 등 환경 문제에 대응하기 위하여, 연료전지 자동차나 수소 엔진 자동차 등 수소를 연료로 하는 수소연료 자동차의 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
일반적으로 수소연료 전지차(FCEV; Fuel Cell Electric Vehicle) 또는 수소연료 자동차(Hydrogen fuel car)는, 차내 수소 저장탱크에서 수소와 공기공급기(컴프레서)에서 전달받은 산소를 연료전지에 보내 전기를 생산하고, 모터를 구동시켜 달리는 자동차로서, 양극에다 산소를 흘리고 음극에 수소를 흘리면 전기가 발생하며, 부산물로는 물(수증기)이 나오므로 이산화탄소 등 공해물질이 전혀 나오지 않는다.
따라서 수소연료 전지차의 연료전지는 명칭만 '전지'일 뿐 배터리가 아니고 가솔린 자동차의 '내연기관'에 해당한다. 연료전지의 양극과 음극 소재는 백금을 코팅한 흑연이 주를 이룬다. 여기에 전해질로 얇은 막(membrane)을 입혀야 하며 대표적인 것이 미국 듀퐁사가 개발한 나피온(Nafion)이다.
여기서 전기 자동차와 수소연료 자동차의 장단점을 비교하면, 전기 자동차는 배터리만 얹으면 돼 수소차보다 수천만원 더 싸고, 상대적으로 충전 등 인프라도 어느 정도 구축돼 있는데, 다만 전기에너지를 채워넣으려면 급속 충전기에서 20~30분, 가정에서 충전할 때(완속)는 4시간 이상 걸리고, 주행거리는 한 번 충전으로 200~300㎞ 중반대를 주행할 수 있는 수준이다.
이에 반해 수소연료 자동차는 충전시간이 5분 내외로 짧고, 한 번 충전으로 400㎞ 이상을 주행할 수 있으며, 별도 에너지 없이 수소와 산소를 반응시켜 전기를 만든다는 점에서 "궁극(窮極)의 친환경차"로도 불린는 반면, 생산비용이 많이 드는 게 문제 즉, 1㎏에 4500여만원(2016년 10월말 현재)되는 백금을 전기 생산을 위한 촉매제로 대당 70g 안팎씩 써야하므로 전기 자동차에 비해 생산단가 자체가 훨씬 비싸고, 수소충전소 한 곳 건설에 약 30억원이 필요해 인프라 구축도 쉽지 않은 편이다.
수소연료 자동차는 상기한 바와 같이 자동차에 수소를 저장하는 수소 연료탱크가 설치되고, 수소 연료탱크에 충전된 수소를 연료전지 등에 공급하여 구동력을 발생시킨다.
이때, 수소 연료탱크에는 약 350 bar 또는 약 700 bar 정도의 압력으로 수소가 충전되어 있지만, 수소가 연료로서 소비됨에 따라, 수소 연료탱크의 내압이 줄어들어, 연료전지 등으로 수소를 공급할 수 없게 된다.
따라서, 수소 연료탱크에는 수소의 재충전을 할 필요가 발생하며, 이에 따라 수소연료 자동차의 보급을 촉진하기 위해서는, 주유소와 같은 수소연료 자동차 내에 구비된 수소 저장탱크에 수소를 안정적으로 충전하기 위한 수소충전소(Hydrogen station)가 필수적인 인프라 설비로 부상하고 있다.
수소연료 자동차에 수소를 충전하는 일 예로는, 수소충전소에 저장 관리 시스템(Storage management system)과 수소압축기만 구비시키고, 수소 탱크를 탑재한 트레일러가 50~180bar의 고압 수소를 운송시켜 오면, 트래일러에서 제공하는 수소를 400 bar로 압축하여 임시 저장 관리 시스템에 임시 저장한 후, 상기 저장 관리 시스템에 임시 저장된 수소를 수소압축기를 이용하여 700 bar 또는 그 이상의 압력으로 더 압축하여 수소연료 자동차에 구비된 수소 저장탱크 내에 주입/충전하는 방법이 있다.
다른 예로는 수소충전소에 수소발생기(1)와 저장 관리 시스템(2) 및 수소압축기(3)를 구비시켜 놓고, 수소발생기(1)를 이용하여 물(H2O)을 전기분해하는 방식을 통해 20~130㎏/day의 수소(H2)를 발생시켜 저장 관리 시스템(2)에 50~150bar로 압축시켜 임시 저장한 후, 수소연료 자동차(4)의 운전자가 수소 저장탱크 내애 수소를 충전시켜 줄 것을 요구할 때 마다 상기 저장 관리 시스템(2)에 저장된 수소를 수소압축기(3)에서 700 bar 또는 그 이상의 압력으로 더 압축하여 수소연료 자동차에 구비된 수소 저장탱크 내에 주입/충전하는 방법이 있다.
한편, 수소충전소의 경우, 상용전원이 지속적으로 공급되어야만 상기한 수소발생기(1)와 저장 관리 시스템(2) 및 수소압축기(3)를 지속적으로 정상 작동시켜 자체의 안전성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 수소의 충전을 원하는 수소연료 자동차 내 수소 저장탱크에 수소를 지속적이면서 안정적으로 충전시킬 수 있다.
그런데, 만약 상용전원 공급 시스템의 이상이나 급작스런 정전 등이 발생할 경우, 수소충전소에 구비된 상기한 수소발생기와 저장 관리 시스템 및 수소압축기는 물론 이들의 안전에 관련된 각종 장비(예를 들어 쿨링장치 등)를 작동시킬 수 없어 정전시를 대비하여 상기한 장비들과 연계되어 작동되는 비상발전 시스템의 설치가 요구되고 있는 실정이다.
국내 공개특허공보 10-2018-0064695호(2018년 06월 15일) 국내 공개특허공보 10-2018-0043141호(2018년 04월 27일) 국내 공개특허공보 10-2018-0051012호(2018년 05월 16일)
본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 수소연료전지에서 발생되는 전기에너지를 이용하여 바퀴 구동용 전기모터를 구동시켜 주행하는 수소연료 자동차에 수소를 충전시켜 주기 위해 설치되는 수소충전소에서 급작스럽게 상용전원 공급이 차단(즉, 정전)되었을 때, 상용전원 공급시스템과 연계시켜 작동시킬 수 있도록 별도로 마련시키되, 수소충전소에 설치되어 있는 수소발생기 또는 자체에 구비된 복합연료(예를 들어 수소가스, 바이오연료(LPG, LNG, 바이오가스 등) 및 수소전지를 이용하여 작동하는 비상발전기(EPG : Emergency power generator)를 즉시 가동시켜 수소충전소에 구비된 각종 수소충전 관련장비(예를 들어 수소발생기와 저장 관리 시스템 및 수소압축기 등)들을 즉각적이면서도 장기간 지속적으로 비상발전 전력을 공급시킬 수 있도록 함으로써 정전시에도 수소충전소에 구비된 각종 장비를 보다 안정적이고 효율적으로 운용할 수 있을 뿐만 아니라 정전으로 인해 발생할 수 있는 안전사고를 미연에 방지할 수 있어 가스 충전소의 운용에 따른 안전성을 대폭 증대시킬 수 있는 수소충전소 정전시 비상전원공급 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 실시 예는, 물(H2O)을 전기분해하는 방식을 통해 20~130㎏/day의 수소(H2)를 발생시키는 수소발생기와; 상기 수소발생기에서 발생하는 수소를 50~150bar로 압축시켜 임시 저장하는 저장 관리 시스템과; 상기 저장 관리 시스템에 저장된 수소를 700 bar 또는 그 이상의 압력으로 더 압축하여 수소연료 자동차의 수소 저장탱크로 주입/충전시켜 주는 수소압축기가 구비된 수소충전소에서 정전시 비상전원공급을 위한 시스템을 구성함에 있어서, 상기 수소발생기와 저장 관리 시스템 및 수소압축기에 각각 상용전원이 정상적으로 공급되고 있는지의 여부를 실시간으로 검출하여 비상전원 발전기의 발전기 제어부로 전달하는 제 1 내지 제 3 상용전원 감시부를 설치하고, 상기 제 1 내지 제 3 상용전원 감시부의 출력단자와 상기 수소발생기, 저장 관리 시스템 및 수소압축기의 전원공급부 사이에는 정전으로 인해 상기 수소발생기와 저장 관리 시스템 및 수소압축기 중 어느 하나에서라도 상용전원 공급이 차단된 경우 수소발생기에서 제공하는 수소를 이용하여 비상전원을 발전시켜 상용전원이 공급되지 않고 있는 기기에 공급하는 비상전원 발전기를 설치하며, 상기 수소발생기와 비상전원 발전기 사이에는 상기 수소발생기와 저장 관리 시스템 및 수소압축기 중 어느 하나에서라도 상용전원 공급이 차단된 경우 비상전원 발전기 내 발전기 제어부의 제어를 받아 상기 수소발생기에서 발생되는 수소를 비상전원 발전기의 발전연료로 제공하는 제 1 전자변을 설치한 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 비상전원 발전기는 상기 제 1 내지 제 3 상용전원 감시부 중 어느 한 상용전원 감시부에서라도 상용전원 공급차단신호가 입력되면 비상전원 발전기를 통한 비상발전에 필요한 전반적인 제어기능을 수행하는 발전기 제어부와; 상기 발전기 제어부에서 판단한 결과, 상기 수소발생기와 저장 관리 시스템 및 수소압축기 중 어느 하나에서라도 상용전원 공급이 차단된 것으로 판단되어 출력신호가 발생되면 제 1 전자변에 구동신호를 발생시키는 제 1 전자변 구동부과; 상기 제 1 전자변 구동부의 출력신호에 대응하여 개폐되는 상기 제 1 전자변을 통해 수소발생기에서 제공하는 수소를 산화제와 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시키는 연료전지 전원공급모듈와; 상기 연료전지 전원공급모듈에서 출력되는 직류전압을 상기 수소발생기와 저장 관리 시스템 및 수소압축기의 구동에 필요한 직류전압으로 변환시켜 공급해 주는 직류전압 출력부와; 상기 연료전지 전원공급모듈에서 출력되는 직류전압을 상기 수소발생기와 저장 관리 시스템 및 수소압축기의 구동에 필요한 교류전압으로 변환시켜 주는 DC/AC 변환부와; 상기 DC/AC 변환부에서 출력되는 교류전압을 상기 수소발생기와 저장 관리 시스템 및 수소압축기 중 상용전원 공급이 차단된 기기에 공급시켜 주는 교류전압 출력부와; 상기한 각 구성요소들이 내,외설될 수 있도록 소정체적을 갖게 성형한 캐비넷 형태의 함체;로 구성한 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 실시 예는, 물(H2O)을 전기분해하는 방식을 통해 20~130㎏/day의 수소(H2)를 발생시키는 수소발생기와; 상기 수소발생기에서 발생하는 수소를 50~150bar로 압축시켜 임시 저장하는 저장 관리 시스템과; 상기 저장 관리 시스템에 저장된 수소를 700 bar 또는 그 이상의 압력으로 더 압축하여 수소연료 자동차의 수소 저장탱크로 주입/충전시켜 주는 수소압축기가 구비된 수소충전소에서 정전시 비상전원공급을 위한 시스템을 구성함에 있어서, 상기 수소발생기와 저장 관리 시스템 및 수소압축기에 각각 상용전원이 정상적으로 공급되고 있는지의 여부를 실시간으로 검출하여 비상전원 발전기의 발전기 제어부로 전달하는 제 1 내지 제 3 상용전원 감시부를 설치하고, 상기 제 1 내지 제 3 상용전원 감시부의 출력단자와 상기 수소발생기, 저장 관리 시스템 및 수소압축기의 전원공급부 사이에는 정전으로 인해 상기 수소발생기와 저장 관리 시스템 및 수소압축기 중 어느 하나에서라도 상용전원 공급이 차단된 경우 자체 내에 구비된 수소가스 및 바이오연료를 포함하는 복합연료를 이용하여 비상전원을 발전시켜 상용전원이 공급되지 않고 있는 기기에 공급해 주는 비상전원 발전기를 설치한 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 비상전원 발전기는 상기 제 1 내지 제 3 상용전원 감시부 중 어느 한 상용전원 감시부에서라도 상용전원 공급차단신호가 입력되면 비상전원 발전기를 통한 비상발전에 필요한 전반적인 제어기능을 수행하는 발전기 제어부와; 복수의 수소저장탱크와 바이오연료 저장탱크를 포함하여 구성되는 복합연료 공급부와; 상기 복합연료 공급부에 포함되어 있는 저장탱크들 중 발전기 제어부에 의해 발전연료로 바이오연료 저장탱크가 선택되어 제 3 전자변을 통해 공급될 경우 이들 바이오연료에서 수소만 얻어내는 연료 개질기와; 상기 수소저장탱크 또는 연료 개질기에서 제공하는 수소를 산화제와 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시키는 연료전지 전원공급모듈와; 상기 수소저장탱크와 연료전지 전원공급모듈 및 상기 바이오연료 저장탱크와 연료 개질기 사이에 설치된 형태를 갖고, 상기 발전기 제어부에서 판단한 결과 상기 수소발생기와 저장 관리 시스템 및 수소압축기 중 어느 하나에서라도 상용전원 공급이 차단된 것으로 판단하고 소정의 출력신호가 발생되면, 상기 발전기 제어부의 출력신호에 대응하여 제 2 및 제 3 전자변의 개폐를 제어하는 제 2 및 제 3 전자변 구동부와; 상기 발전기 제어부의 제어를 받는 제 2 및 제 3 전자변 구동부의 출력신호에 대응하여 각각 그 개폐가 제어되는 제 2 및 제 3 전자변과; 상기 연료전지 전원공급모듈에서 출력되는 직류전압을 상기 수소발생기와 저장 관리 시스템 및 수소압축기의 구동에 필요한 직류전압으로 변환시켜 공급해 주는 직류전압 출력부와; 상기 연료전지 전원공급모듈에서 출력되는 직류전압을 상기 수소발생기와 저장 관리 시스템 및 수소압축기의 구동에 필요한 교류전압으로 변환시켜 주는 DC/AC 변환부와; 상기 DC/AC 변환부에서 출력되는 교류전압을 상기 수소발생기와 저장 관리 시스템 및 수소압축기 중 상용전원 공급이 차단된 기기에 공급시켜 주는 교류전압 출력부와; 상기한 각 구성요소들이 내,외설될 수 있도록 소정체적을 갖게 성형한 캐비넷 형태의 함체;로 구성한 것을 특징으로 한다.
한편, 상기한 제 1 및 제 2 실시 예에서 제시하는 상기 비상전원 발전기 중 공통으로 포함되어 있는 상기 연료전지 전원공급모듈은, 상기 수소발생기 또는 수소저장탱크 또는 연료 개질기에서 제공하는 수소를 이용하여 전력을 생산하는 수소연료전지(HFC; Hydrogen Fuel Cell)와, 상기 수소연료전지에서 생산된 전력을 저장하는 에너지저장부(ESS; Energy Storage System)를 포함하며, 상기 에너지저장부에서 상기 수소발생기와 저장 관리 시스템 및 수소압축기의 구동에 필요하는 주전원으로 직류전압 출력부 및 DC/AC 변환부에 직류전압을 공급해주는 것을 특징으로 한다.
또, 상기한 제 1 및 제 2 실시 예에서 제시하는 상기 비상전원 발전기 중 공통으로 포함되어 있는 상기 연료전지 전원공급모듈과 상기 직류 및 교류전압 출력부의 출단자 및 발전기 제어부의 전원공급부 사이에는, 발전전력 검출부와 저장전력 검출부 및 공급전력 검출부로 구성된 전력 모니터링부를 더 설치하고, 상기 발전기 제어부의 출력단자에는 발전전력 표시부와 저장전력 표시부 및 공급전력 표시부로 구성된 전력상태 표시부를 더 설치한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 2 실시 예에서 제시하는 상기 비상전원 발전기에만 포함되어 있는 상기 복합연료 공급부와 발전기 제어부 사이에는, 수소저장탱크와 바이오연료 저장탱크들에 각각 충전되어 있는 연료들의 잔류량을 검출하여 발전기 제어부로 하여금 비상전원 발전기의 발전연료로 어느 연료를 선택할 것인지와 선택된 연료에 대응하는 구동신호를 상기 제 2 및 제 3 전자변 구동부 중 어느 한 전자변 구동부에 출력시켜 줄 수 있도록 하는 수소 및 바이오 연료량 검출부를 더 설치하고, 상기 발전기 제어부의 출력부에는 수소 및 바이오 잔여랑 표시부를 더 설치한 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 수소충전소 정전시 비상전원공급 시스템에 의하면, 수소연료전지에서 발생되는 전기에너지를 이용하여 바퀴 구동용 전기모터를 구동시켜 주행하는 수소연료 자동차에 수소를 충전시켜 주기 위해 설치되는 수소충전소에서 급작스럽게 상용전원 공급이 차단(즉, 정전)되었을 때, 상용전원 공급시스템과 연계시켜 작동시킬 수 있도록 별도로 마련시키되, 수소충전소에 설치되어 있는 수소발생기 또는 자체에 구비된 복합연료(예를 들어 수소가스, 바이오연료(LPG, LNG, 바이오가스 등) 및 수소전지를 이용하여 작동하는 비상발전기를 즉시 가동시켜 수소충전소에 구비된 각종 수소충전 관련장비(예를 들어 수소발생기와 저장 관리 시스템 및 수소압축기 등)들을 즉각적이면서도 장기간 지속적으로 비상발전 전력을 공급시킬 수 있도록 함으로써 정전시에도 수소충전소에 구비된 각종 장비를 보다 안정적이고 효율적으로 운용할 수 있을 뿐만 아니라 정전으로 인해 발생할 수 있는 안전사고를 미연에 방지할 수 있어 가스 충전소의 운용에 따른 안전성을 대폭 증대시킬 수 있는 등 매우 유용한 발명인 것이다.
그 외 본 발명의 효과들은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여, 또는 본 발명을 실시하는 공정 중에 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.
도 1은 일반적인 수소충전소의 구성도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 비상전원공급 시스템의 전체 블럭 구성도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시 예에서 적용시킨 비상전원 발전기의 구체적인 블록 구성도.
도 4는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 비상전원공급 시스템의 전체 블럭 구성도.
도 5는 본 발명의 제 2 실시 예에서 적용시킨 비상전원 발전기의 구체적인 블록 구성도.
도 6은 본 발명에서 적용시킨 비상전원 발전기의 개략적인 외형도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들은 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1 , 제 2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성 요소도 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단자 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 비상전원공급 시스템의 전체 블럭 구성도를 나타낸 것이고, 도 3은 본 발명의 제 1 실시 예에서 적용시킨 비상전원 발전기의 구체적인 블록 구성도를 나타낸 것이다.
또한, 도 4는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 비상전원공급 시스템의 전체 블럭 구성도를 나타낸 것이고, 도 5는 본 발명의 제 2 실시 예에서 적용시킨 비상전원 발전기의 구체적인 블록 구성도를 나타낸 것이며, 도 6은 본 발명에서 적용시킨 비상전원 발전기의 개략적인 외형도를 나타낸 것이다.
이에 따르면 본 발명의 제 1 실시 예는,
물(H2O)을 전기분해하는 방식을 통해 20~130㎏/day의 수소(H2)를 발생시키는 수소발생기(1)와; 상기 수소발생기(1)에서 발생하는 수소를 50~150bar로 압축시켜 임시 저장하는 저장 관리 시스템(2)과; 상기 저장 관리 시스템에 저장된 수소를 700 bar 또는 그 이상의 압력으로 더 압축하여 수소연료 자동차(4)의 수소 저장탱크로 주입/충전시켜 주는 수소압축기(3)가 구비된 수소충전소에서 정전시 비상전원공급을 위한 시스템을 구성함에 있어서,
상기 수소발생기(1)와 저장 관리 시스템(2) 및 수소압축기(3)에 각각 상용전원이 정상적으로 공급되고 있는지의 여부를 실시간으로 검출하여 비상전원 발전기(EPG)의 발전기 제어부(70)로 전달하는 제 1 내지 제 3 상용전원 감시부(1a)(2a)(3a)를 설치하고,
상기 제 1 내지 제 3 상용전원 감시부(1a)(2a)(3a)의 출력단자와 상기 수소발생기(1), 저장 관리 시스템(2) 및 수소압축기(3)의 전원공급부 사이에는 정전으로 인해 상기 수소발생기(1)와 저장 관리 시스템(2) 및 수소압축기(3) 중 어느 하나에서라도 상용전원 공급이 차단된 경우 수소발생기(1)에서 제공하는 수소를 이용하여 비상전원을 발전시켜 상용전원이 공급되지 않고 있는 기기에 공급하는 비상전원 발전기(EPG)를 설치하며,
상기 수소발생기(1)와 비상전원 발전기(EPG) 사이에는 상기 수소발생기(1)와 저장 관리 시스템(2) 및 수소압축기(3) 중 어느 하나에서라도 상용전원 공급이 차단된 경우 비상전원 발전기(EPG) 내 발전기 제어부(70)의 제어를 받아 상기 수소발생기(1)에서 발생되는 수소를 비상전원 발전기(EPG)의 발전연료로 제공하는 제 1 전자변(5)을 설치한 것을 특징으로 한다.
이때, 제 1 실시 예에서 적용한 상기 비상전원 발전기(EPG)는,
상기 제 1 내지 제 3 상용전원 감시부(1a)(2a)(3a) 중 어느 한 상용전원 감시부에서라도 상용전원 공급차단신호가 입력되면 비상전원 발전기(EPG)를 통한 비상발전에 필요한 전반적인 제어기능을 수행하는 발전기 제어부(70)와;
상기 발전기 제어부(70)에서 판단한 결과, 상기 수소발생기(1)와 저장 관리 시스템(2) 및 수소압축기(3) 중 어느 하나에서라도 상용전원 공급이 차단된 것으로 판단되어 출력신호가 발생되면 제 1 전자변(5)에 구동신호를 발생시키는 제 1 전자변 구동부(51)과;
상기 제 1 전자변 구동부(51)에서 구동신호가 출력되면, 상기 수소발생기(1)에서 발생되는 수소를 연료전지 전원공급모듈(30)로 제공하는 제 1 전자변(5)과;
상기 제 1 전자변(5)을 통해 수소발생기(1)에서 제공하는 수소를 산화제와 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시키는 연료전지 전원공급모듈(30)와;
상기 연료전지 전원공급모듈(30)에서 출력되는 직류전압을 상기 수소발생기(1)와 저장 관리 시스템(2) 및 수소압축기(3)의 구동에 필요한 직류전압으로 변환시켜 공급해 주는 직류전압 출력부(80)와;
상기 연료전지 전원공급모듈(30)에서 출력되는 직류전압을 상기 수소발생기(1)와 저장 관리 시스템(2) 및 수소압축기(3)의 구동에 필요한 교류전압으로 변환시켜 주는 DC/AC 변환부(91)와;
상기 DC/AC 변환부(91)에서 출력되는 교류전압을 상기 수소발생기(1)와 저장 관리 시스템(2) 및 수소압축기(3) 중 상용전원 공급이 차단된 기기에 공급시켜 주는 교류전압 출력부(90)와;
상기한 각 구성요소들이 내,외설될 수 있도록 소정체적을 갖게 성형한 캐비넷 형태의 함체(100);로 구성한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제 2 실시 예는,
물(H2O)을 전기분해하는 방식을 통해 20~130㎏/day의 수소(H2)를 발생시키는 수소발생기(1)와; 상기 수소발생기(1)에서 발생하는 수소를 50~150bar로 압축시켜 임시 저장하는 저장 관리 시스템(2)과; 상기 저장 관리 시스템에 저장된 수소를 700 bar 또는 그 이상의 압력으로 더 압축하여 수소연료 자동차(4)의 수소 저장탱크로 주입/충전시켜 주는 수소압축기(3)가 구비된 수소충전소에서 정전시 비상전원공급을 위한 시스템을 구성함에 있어서,
상기 수소발생기(1)와 저장 관리 시스템(2) 및 수소압축기(3)에 각각 상용전원이 정상적으로 공급되고 있는지의 여부를 실시간으로 검출하여 비상전원 발전기(EPG)의 발전기 제어부(70)로 전달하는 제 1 내지 제 3 상용전원 감시부(1a)(2a)(3a)를 설치하고,
상기 제 1 내지 제 3 상용전원 감시부(1a)(2a)(3a)의 출력단자와 상기 수소발생기(1), 저장 관리 시스템(2) 및 수소압축기(3)의 전원공급부 사이에는 정전으로 인해 상기 수소발생기(1)와 저장 관리 시스템(2) 및 수소압축기(3) 중 어느 하나에서라도 상용전원 공급이 차단된 경우 자체 내에 구비된 수소가스 및 바이오연료를 포함하는 복합연료를 이용하여 비상전원을 발전시켜 상용전원이 공급되지 않고 있는 기기에 공급해 주는 비상전원 발전기(EPG)를 설치한 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제 2 실시 예에서 적용한 상기 비상전원 발전기(EPG)는,
상기 제 1 내지 제 3 상용전원 감시부(1a)(2a)(3a) 중 어느 한 상용전원 감시부에서라도 상용전원 공급차단신호가 입력되면, 비상전원 발전기(EPG)를 통한 비상발전에 필요한 전반적인 제어기능을 수행하는 발전기 제어부(70)와;
복수의 수소저장탱크(11)와 바이오연료 저장탱크(12)를 포함하여 구성되는 복합연료 공급부(10)와;
상기 복합연료 공급부(10)에 포함되어 있는 저장탱크들 중 발전기 제어부(70)에 의해 발전연료로 바이오연료 저장탱크(12)가 선택되어 제 3 전자변(43)을 통해 바이오연료가 공급될 경우 이들 바이오연료에서 수소만 얻어내는 연료 개질기(20)와;
상기 수소저장탱크(11) 또는 연료 개질기(20)에서 제공하는 수소를 산화제와 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시키는 연료전지 전원공급모듈(30)와;
상기 수소저장탱크(11)와 연료전지 전원공급모듈(30) 및 상기 바이오연료 저장탱크(12)와 연료 개질기(20) 사이에 각각 설치된 형태를 갖고, 상기 발전기 제어부(70)에서 판단한 결과 상기 수소발생기(1)와 저장 관리 시스템(2) 및 수소압축기(3) 중 어느 하나에서라도 상용전원 공급이 차단된 것으로 판단하고 소정의 출력신호가 발생되면, 상기 발전기 제어부(70)의 출력신호에 대응하여 제 2 및 제 3 전자변(42)(43)의 개폐를 제어하는 제 2 및 제 3 전자변 구동부(52)(53)와;
상기 발전기 제어부(70)의 제어를 받는 제 2 및 제 3 전자변 구동부(52)(53)의 출력신호에 대응하여 각각 그 개폐가 제어되는 제 2 및 제 3 전자변(42)(43)과;
상기 연료전지 전원공급모듈(30)에서 출력되는 직류전압을 상기 수소발생기(1)와 저장 관리 시스템(2) 및 수소압축기(3)의 구동에 필요한 직류전압으로 변환시켜 공급해 주는 직류전압 출력부(80)와;
상기 연료전지 전원공급모듈(30)에서 출력되는 직류전압을 상기 수소발생기(1)와 저장 관리 시스템(2) 및 수소압축기(3)의 구동에 필요한 교류전압으로 변환시켜 주는 DC/AC 변환부(91)와;
상기 DC/AC 변환부(91)에서 출력되는 교류전압을 상기 수소발생기(1)와 저장 관리 시스템(2) 및 수소압축기(3) 중 상용전원 공급이 차단된 기기에 공급시켜 주는 교류전압 출력부(90)와;
상기한 각 구성요소들이 내,외설될 수 있도록 소정체적을 갖게 성형한 캐비넷 형태의 함체(100);로 구성한 것을 특징으로 한다.
한편, 상기한 제 1 및 제 2 실시 예에서 제시하는 상기 비상전원 발전기(EPG) 중 공통으로 포함되어 있는 상기 연료전지 전원공급모듈(30)은,
상기 수소발생기(1) 또는 수소저장탱크(11) 또는 연료 개질기(20)에서 제공하는 수소를 이용하여 전력을 생산하는 수소연료전지(HFC; 31)와; 상기 수소연료전지(31)에서 생산된 전력을 저장하는 에너지저장부(ESS; 32)를 포함하며,
상기 에너지저장부(32)에서 상기 수소발생기(1)와 저장 관리 시스템(2) 및 수소압축기(3)의 구동에 필요하는 주전원으로 직류전압 출력부(80) 및 DC/AC 변환부(91)에 직류전압을 공급해주는 것을 특징으로 한다.
또, 상기한 제 1 및 제 2 실시 예에서 제시하는 상기 비상전원 발전기(EPG) 중 공통으로 포함되어 있는 상기 연료전지 전원공급모듈(30)과 상기 직류 및 교류전압 출력부(80)(90)의 출단자 및 발전기 제어부(70)의 전원공급부 사이에는,
발전전력 검출부(141)와 저장전력 검출부(142) 및 공급전력 검출부(143)로 구성된 전력 모니터링부(140)를 더 설치하고,
상기 발전기 제어부(70)의 출력단자에는 발전전력 표시부(151)와 저장전력 표시부(152) 및 공급전력 표시부(153)로 구성된 전력상태 표시부(150)를 더 설치한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 2 실시 예에서 제시하는 상기 비상전원 발전기(EPG)에만 포함되어 있는 상기 복합연료 공급부(10)와 발전기 제어부(70) 사이에는,
수소저장탱크(11)와 바이오연료 저장탱크(12)들에 각각 충전되어 있는 연료들의 잔류량을 검출하여 발전기 제어부(70)로 하여금 비상전원 발전기(EPG)의 발전연료로 어느 연료를 선택할 것인지와 선택된 연료에 대응하는 구동신호를 상기 제 2 및 제 3 전자변 구동부(52)(53) 중 어느 한 전자변 구동부에 출력시켜 줄 수 있도록 하는 수소 및 바이오 연료량 검출부(120)를 더 설치하고,
상기 발전기 제어부(70)의 출력부에는 수소 및 바이오 잔여랑 표시부(130)를 더 설치한 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 수소충전소 정전시 비상전원공급 시스템에 대한 작용효과를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명이 적용된 수소충전소 정전시 비상전원공급 시스템의 제 1 실시 예는 도 2와 도 3 및 도 6에 도시한 바와 같이, 정전이나 상용전원 공급 시스템의 일부 이상 등으로 인해 수소충전소에 설치되어 수소발생기(1)와 저장 관리 시스템(2) 및 수소압축기(3) 중 어느 하나에서라도 상용전원 공급이 차단되면 상기 수소발생기(1)에서 제공하는 수소를 이용하여 비상전원 발전기(EPG)를 구동시켜 상용전원이 차단된 기기에 비상전원을 자동으로 공급시켜 정전 등과 같은 비상상황 발생시에도 수소충전소의 가동에는 전혀 지장을 주지 않게 한 것을 주요가술 구성으로 한다.
즉, 본 발명의 제 1 실시 예에서는 수소발생기(1)와 저장 관리 시스템(2) 및 수소압축기(3)의 전원공급부(도면 부호 기입 생략함)와 비상전원 발전기(EPG)의 입력단자 사이에 각각 제 1 내지 제 3 상용전원 감시부(1a)(2a)(3a)를 설치하여, 수소충전소를 정상 가동시키던 중 상기 제 1 내지 제 3 상용전원 감시부(1a)(2a)(3a)를 통해 수소발생기(1)와 저장 관리 시스템(2) 및 수소압축기(3)에 각각 상용전원이 정상적으로 공급되고 있는지의 여부를 실시간으로 검출하여 비상전원 발전기(EPG)의 발전기 제어부(70)로 전달할 수 있도록 하였다.
또, 상기 제 1 내지 제 3 상용전원 감시부(1a)(2a)(3a)의 출력단자와 상기 수소발생기(1), 저장 관리 시스템(2) 및 수소압축기(3)의 전원공급부 사이에는 비상전원 발전기(EPG)를 설치하여, 정전 등으로 인해 상기 수소발생기(1)와 저장 관리 시스템(2) 및 수소압축기(3) 중 어느 하나에서라도 상용전원 공급이 차단된 경우 상기 비상전원 발전기(EPG)에서 수소충전소 자체에 설치되어 있는 수소발생기(1)에서 제공하는 수소를 이용하여 비상전원을 발전시켜 상용전원이 공급되지 않고 있는 기기에 자동 공급해 주도록 하였다.
또한, 상기 수소발생기(1)와 비상전원 발전기(EPG) 사이에는 제 1 전자변(5)을 설치하여, 비상전원 발전기(EPG) 내 발전기 제어부(70)에서 상기 제 1 내지 제 3 상용전원 감시부(1a)(2a)(3a)의 출력신호를 확인한 결과, 상기 수소발생기(1)와 저장 관리 시스템(2) 및 수소압축기(3) 중 어느 하나에서라도 상용전원 공급이 차단된 경우로 판단될 경우, 상기 제 1 전자변(5)을 개방시켜 상기 수소발생기(1)에서 발생되는 수소를 비상전원 발전기(EPG)의 발전연료로 제공하여 비상전원 발전기(EPG)에서 비상전원을 자동으로 발전할 수 있도록 하였다.
이때, 수충전소에 설치되어 있는 공지의 수소발생기(1)와 저장 관리 시스템(2)및 수소압축기(3)에 대한 구체적인 작동관계는 이미 상술한 바 있어 중복된 설명을 피하기 위해 생략한다.
한편, 본 발명의 제 1 실시 예에서 적용한 상기 비상전원 발전기(EPG)는 도 4에 도시한 바와 같이, 크게 발전기 제어부(70)와 제 1 전자변 구동부(51), 제 1 전자변(5), 연료전지 전원공급모듈(30), 직류전압 출력부(80), DC/AC 변환부(91) 및 교류전압 출력부(90)를 함체(100)의 내,외부에 설치한 구성을 갖는다.
이와 같은 구성을 갖는 상기 비상전원 발전기(EPG)의 구성요소 중 상기 함체(100)는, 도 6과 같이 도어가 구비된 케비넷 형태를 갖는 것으로, 그 내부에는 상기한 비상전원 발전기의 각 구성요소들이 내설 및 외설될 수 있도록 하는 기능을 수행한다.
또, 상기 발전기 제어부(70)는 수소충전소가 가동되고 있는 통상시 상기 제 1 내지 제 3 상용전원 감시부(1a)(2a)(3a)의 출력신호를 계속 확인하다가, 만약 상기 제 1 내지 제 3 상용전원 감시부(1a)(2a)(3a) 중 어느 한 상용전원 감시부에서라도 상용전원 공급차단신호가 입력되면, 정전이나 상용전원 공급시스템의 이상으로 판단하고 즉시 비상전원 발전기(EPG)를 통한 비상발전에 필요한 전반적인 제어기능을 수행하게 된다.
또한, 상기 제 1 전자변 구동부(51)는 통상시 상기 제 1 내지 제 3 상용전원 감시부(1a)(2a)(3a)의 출력신호를 실시간으로 입력받는 상기 발전기 제어부(70)에서 판단한 결과, 상기 수소발생기(1)와 저장 관리 시스템(2) 및 수소압축기(3) 중 어느 하나에서라도 상용전원 공급이 차단된 것으로 판단되어 전자변 구동신호가 발생되면 제 1 전자변(5)에 구동신호를 발생시켜 주는 기능을 수행한다.
또, 상기 제 1 전자변(5)은 상기 수소발생기(1)와 비상전원 발전기(EPG) 사이에 설치된 형태를 갖고, 상기 제 1 전자변 구동부(51)에서 출력되는 구동(즉, 개방)신호에 대응하여 자동으로 열리며, 상기 수소발생기(1)에서 발생되는 수소가 비상전원 발전기(EPG) 내에 구비된 연료전지 전원공급모듈(30)에 자동으로 공급되게 기능을 수행한다.
또한, 상기 연료전지 전원공급모듈(30)은 상기 제 1 전자변(5)을 통해 수소발생기(1)에서 제공하는 수소를 산화제와 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시켜 주는 기능을 수행한다.
이때, 상기 연료전지 전원공급모듈(30)은 상기 수소발생기(1)에서 제공하는 수소를 이용하여 전력을 생산하는 수소연료전지(HFC; 31)와, 상기 수소연료전지(31)에서 생산된 전력을 저장하는 에너지저장부(ESS; 32)를 포함한다.
뿐만 아니라, 상기 에너지저장부(32)에서는 본 발명의 제 1 실시 예에서 적용한 비상전원 발전기(EPG)을 이용하여 작동시키고자 하는 상기 수소발생기(1)와 저장 관리 시스템(2) 및 수소압축기(3)의 구동에 필요하는 주전원으로 소정의 직류전압을 후술하는 직류전압 출력부(80) 및 DC/AC 변환부(91)에 공급시켜 주는 기능을 수행한다.
또, 상기 직류전압 출력부(80)는 상기 연료전지 전원공급모듈(30)에서 출력되는 직류전압을 상기 수소발생기(1)와 저장 관리 시스템(2) 및 수소압축기(3)의 구동에 필요로 하는 높이의 직류전압으로 변환시켜 공급해 주는 기능을 수행한다.
또한, 상기 DC/AC 변환부(91)는 상기 연료전지 전원공급모듈(30)에서 출력되는 직류전압을 상기 수소발생기(1)와 저장 관리 시스템(2) 및 수소압축기(3)에 각각 구비된 전원공급부 중 교류전압 공급부에서 필요로 하는 교류전압(예를 들어 220V, 380V, 480V의 교류전압)으로 변환시켜 주는 기능을 수행한다.
또, 상기 교류전압 출력부(90)는 상기 DC/AC 변환부(91)에서 출력되는 예를 들어 220V, 380V, 480V의 교류전압을 상기 수소발생기(1)와 저장 관리 시스템(2) 및 수소압축기(3) 중 상용전원 공급이 차단된 기기의 교류전압 공급부 측으로 공급시켜 주는 기능을 수행한다.
한편, 본 발명이 적용된 수소충전소 정전시 비상전원공급 시스템의 제 2 실시 예는 도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 정전이나 상용전원 공급 시스템의 일부 이상 등으로 인해 수소충전소에 설치되어 수소발생기(1)와 저장 관리 시스템(2) 및 수소압축기(3) 중 어느 하나에서라도 상용전원 공급이 차단되면 자체 내에 구비된 복합연료 공급부(10)의 수소저장탱크(11) 또는 바이오연료 저장탱크(12)로부터 수소 또는 바이오연료를 공급받아 비상전원 발전기(EPG)를 구동시켜 상용전원이 차단된 기기에 비상전원을 자동으로 공급시켜 정전 등과 같은 비상상황 발생시에도 수소충전소의 가동에는 전혀 지장을 주지 않게 한 것을 주요가술 구성으로 한다.
즉, 본 발명의 제 2 싱시 예에서는 수소발생기(1)와 저장 관리 시스템(2) 및 수소압축기(3)의 전원공급부(도면 부호 기입 생략함)와 비상전원 발전기(EPG)의 입력단자 사이에 각각 제 1 내지 제 3 상용전원 감시부(1a)(2a)(3a)를 설치하여, 수소충전소를 정상 가동시키던 중 상기 제 1 내지 제 3 상용전원 감시부(1a)(2a)(3a)를 통해 수소발생기(1)와 저장 관리 시스템(2) 및 수소압축기(3)에 각각 상용전원이 정상적으로 공급되고 있는지의 여부를 실시간으로 검출하여 비상전원 발전기(EPG)의 발전기 제어부(70)로 전달할 수 있도록 하였다.
또, 상기 제 1 내지 제 3 상용전원 감시부(1a)(2a)(3a)의 출력단자와 상기 수소발생기(1), 저장 관리 시스템(2) 및 수소압축기(3)의 전원공급부 사이에는 복합연료 공급부(10)를 구비한 비상전원 발전기(EPG)를 설치하여, 정전 등으로 인해 상기 수소발생기(1)와 저장 관리 시스템(2) 및 수소압축기(3) 중 어느 하나에서라도 상용전원 공급이 차단된 경우 상기 비상전원 발전기(EPG)에서 복합연료 공급부(10)에 포함되어 있는 수소가스 또는 바이오연료를 이용하여 비상전원을 발전시켜 상용전원이 공급되지 않고 있는 기기에 자동 공급해 주도록 하였다.
한편, 본 발명의 제 2 실시 예에서 적용한 상기 비상전원 발전기(EPG)는 도 5에 도시한 바와 같이, 크게 발전기 제어부(70)와 복합연료 공급부(10), 연료 개질기(20), 연료전지 전원공급모듈(30),제 2 및 제 3 전자변 구동부(52)(53), 제 2 및 제 3 전자변(42)(43), 직류전압 출력부(80), DC/AC 변환부(91) 및 교류전압 출력부(90)를 함체(100)의 내,외부에 설치한 구성을 갖는다.
이와 같은 구성을 갖는 상기 비상전원 발전기(EPG)의 구성요소 중 상기 함체(100)는, 도 6과 같이 도어가 구비된 케비넷 형태를 갖는 것으로, 그 내부에는 상기한 비상전원 발전기의 각 구성요소들이 내설 및 외설될 수 있도록 하는 기능을 수행한다.
또, 상기 발전기 제어부(70)는 충전소가 가동되고 있는 통상시 상기 제 1 내지 제 3 상용전원 감시부(1a)(2a)(3a)의 출력신호를 계속 확인하다가, 만약 상기 제 1 내지 제 3 상용전원 감시부(1a)(2a)(3a) 중 어느 한 상용전원 감시부에서라도 상용전원 공급차단신호가 입력되면, 정전이나 상용전원 공급시스템의 이상으로 판단하고 즉시 비상전원 발전기(EPG)를 통한 비상발전에 필요한 전반적인 제어기능을 수행하게 된다.
또한, 상기 복합연료 공급부(10)는 복수의 수소저장탱크(11)와 바이오연료 저장탱크(12)를 포함하여 구성되는데, 상기 수소저장탱크(11)에는 수소발생기를 사용하여 물(H2O)을 전기분해하는 방식을 통해 얻은 수소(H2)가 저장되거나 또는 태양광 발전을 이용한 수전해로 발생한 수소(H2)가 저장되거나, 또는 LNG나 LPG 및 바이오가스 등의 연료를 통해 발전을 수행하여 얻은 수소(H2)가 저장되고, 바이오연료 저장탱크(12)에는 LNG, LPG, 바이오가스 등의 연료가 저장된다.
즉, 주요 수소공급원인 수소저장탱크(11)에 저장되는 수소는, 상술한 수소발생기를 통한 물(H2O)의 전기분해에 의해 얻거나, 또는 태양광발전을 통한 수전해로 얻어 공급받거나, 바이오연료를 분해하여 발생하는 수소, 또는 고체상태의 수소화물을 이용하여 발생한 수소를 저장하여 사용할 수 있다.
고체상태의 수소화물을 이용하는 경우, 수소가 포함된 고체 상태의 수소화물을 분해해 수소를 발생시키는 구조를 가지므로 상기 수소화물을 액체 상태로 변화시킬 필요가 없고 별도의 염기성 안정제와 촉매를 사용하지 않아도 되는 장점이 있으며, 안정된 압력 및 온도로 수소를 공급하여 연료전지의 출력저하, 멤브레인 건조화 현상 및 열 손상의 발생을 방지할 수 있는 장점이 구현된다.
이러한 고체상태의 수소화물은 수소화 붕소 나트륨(NaBH4), 수소화 붕소 아연(ZnBH4), 수소화 붕소 칼륨(CaBH4), 수소화 알루미늄 리튬(LiAlH4) 및 NaBH(OCH3)3를 포함하며, 상대적으로 취급이 용이하고 획득하기 쉬운 수소화 붕소나트륨을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 수소화물은 고체 상태로서, 분말(powder), 알갱이(granular), 구슬(bead), 마이크로캡슐(microcapsule) 또는 알약(pellets) 형태로 구비할 수 있으며, 취급이 용이한 측면에서 알갱이 형태로 수소화물을 구비하여 사용하는 것이 바람직하다.
다만, 본 발명의 실시 예에서는 이러한 수소화물을 반해하여 반응을 일으키는 반응탱크나 반응을 위한 분해제공급부, 수분흡착수단 등의 일반적인 구성은 소개하지 않으며, 어떠한 방식으로든 연료전지에 공급되는 수소를 공급할 수 있는 수단을 적용할 수 있는바, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또, 상기 연료 개질기(20)는 상기 복합연료 공급부(10)에 포함되어 있는 복수의 수소저장탱크(11)와 바이오연료 저장탱크(12) 중 발전기 제어부(70)에 의해 발전연료로 바이오연료 저장탱크(12)가 선택되어 제 3 전자변(43)을 통해 바이오연료가 공급될 경우 이들 바이오연료에서 수소만 얻어내는 기능을 수행한다.
여기서 바이오연료(Biofue)는, 식물이나 미생물 및 동물 등의 생물체(바이오매스)와 음식쓰레기 및 축산폐기물 등을 열분해하거나 발효시켜 만들어낸 연료를 말한다.
또한, 상기 연료전지 전원공급모듈(30)은 상기 수소저장탱크(11) 또는 연료 개질기(20)에서 제공하는 수소를 산화제와 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시켜 주는 기능을 수행한다.
이때, 상기 연료전지 전원공급모듈(30)은 상기 수소저장탱크(11) 또는 연료 개질기(20)에서 제공하는 수소를 이용하여 전력을 생산하는 수소연료전지(HFC; 31)와, 상기 수소연료전지(31)에서 생산된 전력을 저장하는 에너지저장부(ESS; 32)를 포함한다.
뿐만 아니라, 상기 에너지저장부(32)에서는 본 발명의 제 2 실시 예에서 적용한 비상전원 발전기(EPG)을 이용하여 작동시키고자 하는 상기 수소발생기(1)와 저장 관리 시스템(2) 및 수소압축기(3)의 구동에 필요하는 주전원으로 소정의 직류전압을 후술하는 직류전압 출력부(80) 및 DC/AC 변환부(91)에 공급시켜 주는 기능을 수행한다.
또, 상기 제 2 및 제 3 전자변 구동부(52)(53)는 상기 수소저장탱크(11)와 연료전지 전원공급모듈(30) 및 상기 바이오연료 저장탱크(12)와 연료 개질기(20) 사이에 각각 설치된 형태를 갖고, 상기 발전기 제어부(70)에서 판단한 결과 상기 수소발생기(1)와 저장 관리 시스템(2) 및 수소압축기(3) 중 어느 하나에서라도 상용전원 공급이 차단된 것으로 판단하고 소정의 출력신호가 발생되면, 상기 발전기 제어부(70)의 출력신호에 대응하여 제 2 및 제 3 전자변(42)(43)를 온/오프 제어하여, 제 2 및 제 3 전자변(41)(42)에 의해 상기 연료전지 전원공급모듈(30) 및 연료 개질기(20)로 공급되는 수소 또는 바이오연료 중 어느 한 연료가 자동 선택될 수 있도록 한다.
또한, 상기 제 2 및 제 3 전자변(42)(43)은 상기 복합연료 공급부(10)에 포함되어 있는 복수의 수소저장탱크(11)와 바이오연료 저장탱크(12)에 각각 저장되어 있는 연료 중 어느 한 연료를 연료전지 전원공급모듈(30) 또는 연료 개질기(20)에 공급시켜 주기 위해 각각 상기 수소저장탱크(11)와 연료전지 전원공급모듈(30) 사이 및 상기 바이오연료 저장탱크(12)와 연료 개질기(20) 사이에 설치된 형태를 갖고, 상기 발전기 제어부(70)의 제어를 받는 제 1 및 제 2 전자변 구동부(51)(52)의 출력신호에 대응하여 각각 그 개폐가 제어된다.
또, 상기 상기 직류전압 출력부(80)와 DC/AC 변환부(91) 및 교류전압 출력부(90)는 상기한 제 1 실시 예에서와 동일한 기능 즉, 상기 직류전압 출력부(80)는 상기 연료전지 전원공급모듈(30)에서 출력되는 직류전압을 상기 수소발생기(1)와 저장 관리 시스템(2) 및 수소압축기(3)의 구동에 필요로 하는 높이의 직류전압으로 변환시켜 공급해 주는 기능을 수행한다.
또한, 상기 DC/AC 변환부(91)는 상기 연료전지 전원공급모듈(30)에서 출력되는 직류전압을 상기 수소발생기(1)와 저장 관리 시스템(2) 및 수소압축기(3)에 각각 구비된 전원공급부 중 교류전압 공급부에서 필요로 하는 교류전압(예를 들어 220V, 380V, 480V의 교류전압)으로 변환시켜 주는 기능을 수행한다.
또, 상기 교류전압 출력부(90)는 상기 DC/AC 변환부(91)에서 출력되는 예를 들어 220V, 380V, 480V의 교류전압을 상기 수소발생기(1)와 저장 관리 시스템(2) 및 수소압축기(3) 중 상용전원 공급이 차단된 기기의 교류전압 공급부 측으로 공급시켜 주는 기능을 수행한다.
한편, 상기한 제 1 및 제 2 실시 예에서 제시하는 상기 비상전원 발전기(EPG) 중 공통으로 포함되어 있는 상기 연료전지 전원공급모듈(30)과 상기 직류 및 교류전압 출력부(80)(90)의 출단자 및 발전기 제어부(70)의 전원공급부 사이에는, 발전전력 검출부(141)와 저장전력 검출부(142) 및 공급전력 검출부(143)로 구성된 전력 모니터링부(140)를 더 설치하고, 상기 발전기 제어부(70)의 출력단자에는 발전전력 표시부(151)와 저장전력 표시부(152) 및 공급전력 표시부(153)로 구성된 전력상태 표시부(150)를 더 설치하여 주었다.
이때, 상기 전력 모니터링부(140) 내의 발전전력 검출부(141)는 상기 연료전지 전원공급모듈(30) 내의 수소연료전지(31)에서 발전되는 전력을 검출하여 발전기 제어부(70)로 전달하는 기능을 수행하고, 상기 저장전력 검출부(142)는 상기 수소연료전지(31)에서 발전된 다음 에너지저장부(32)로 저장되는 전력을 검출하여 발전기 제어부(70)로 전달하는 기능을 수행하며, 상기 공급전력 검출부(143)는 상기 에너지저장부(32)에 저장된 전력 중 상기 직류전압 출력부(80) 및 상기 DC/AC 변환부(91)와 교류전압 출력부(90)를 통해 충전기(1)로 공급되고 있는 전력을 검출하여 발전기 제어부(70)로 전달하는 기능을 수행한다.
또, 상기 전력상태 표시부(150) 내의 발전전력 표시부(151)는 상기 발전기 제어부(70)의 제어를 받아 상기 전력 모니터링부(140) 내의 발전전력 검출부(141)에서 실시간으로 검출되어 오는 수소연료전지(31)의 발전전력을 숫자로 표시해 주는 기능을 수행하고, 상기 저장전력 표시부(152)는 상기 발전기 제어부(70)의 제어를 받아 상기 전력 모니터링부(140) 내의 저장전력 검출부(142)에서 실시간으로 검출되어 오는 에너지저장부(32)의 저장전력을 숫자로 표시해 주는 기능을 수행하며, 상기 공급전력 표시부(153)는 상기 발전기 제어부(70)의 제어를 받아 상기 연료전지 전원공급모듈(30) 내의 공급전력 검출부(143)에서 실시간으로 검출되어 오는 상기 수소발생기(1)나 저장 관리 시스템(2) 또는 수소압축기(3)로의 공급전력을 숫자로 표시해 주는 기능을 수행한다.
따라서, 본 발명이 적용된 수소충전소의 관리자가 상기 비상전원 발전기(EPG)의 전력상태 표시부(150) 내에 구비된 발전전력 표시부(151)와 저장전력 표시부(152) 및 공급전력 표시부(153)에 각각 표시되는 각각의 숫자를 보고 연료전지 전원공급모듈(30)에서 발전되는 전력량과 에너지의 저장량을 정확히 인식할 수 있을 뿐만 아니라 상기 수소발생기(1)나 저장 관리 시스템(2) 및 수소압축기(3)에 공급되고 있는 전력량(소비량 또는 사용량)을 정확히 인식할 수 있다.
한편, 상기 제 2 실시 예에서 제시하는 상기 비상전원 발전기(EPG)에만 포함되어 있는 상기 복합연료 공급부(10)와 발전기 제어부(70) 사이에는, 수소 및 바이오 연료량 검출부(120)를 더 설치하고, 상기 발전기 제어부(70)의 출력부에는 수소 및 바이오 잔여랑 표시부(130)를 더 설치해 주었다.
이때, 상기 수소 및 바이오 연료량 검출부(120)는 복합연료 공급부(10) 내에 포함된 수소저장탱크(11)와 바이오연료 저장탱크(12)들에 충전되어 있는 연료량을 각각 전기적인 신호로 검출하여 발전기 제어부(70)로 실시간 전달해 주게 된다.
따라서, 상기 발전기 제어부(70)에서 수소저장탱크(11)와 바이오연료 저장탱크(12)들에 각각 충전되어 있는 연료들의 잔류량을 실시간으로 검출한 다음, 비상전원 발전기(EPG)의 발전연료로 어느 연료를 선택할 것인지와, 선택된 연료에 대응하는 구동신호를 상기 제 2 및 제 3 전자변 구동부(51)(52) 중 어느 한 전자변 구동부에 출력시켜 줄 수 있을 뿐만 아니라, 상기 수소 및 바이오 잔여랑 표시부(130)를 통해 그 량을 표시해 줄 수 있다.
그러므로 수소충전소의 관리자가 본 발명의 제 2 실시 예가 적용된 비상전원 발전기(EPG) 내에 구비된 복합연료 공급부(10) 내 각 연료 잔량을 포함하여 어느 연료에 의해 비상발전이 이루어지고 있는지를 정확히 인식하고 연료의 충전이 필요로 할 경우 필요한 조치를 빠른시간내에 취할 수 있어 본 발명이 적용된 비상전원 발전기을 장기간 지속적이면서 안정적으로 작동시켜 비상전력 공급을 필요로 하는 각종 충전기여 원하는 전력을 공급시켜 줄 수 있다.
한편, 본 발명의 제 1 및 제 2 실시 예에서 더 포함시킨 상기 전력 모니터링부(140)에서 각각 검출되는 각종 전력상태를 원격지의 관리자 등에서 유선 또는 무선으로 송출해 주는 전력상태 송출부 및 발전전력이나 저장전력 및 공급전력에 이상이 발생될 때 이를 구분시켜 소리 또는 빛 등으로 알릴 수 있는 알림부를 더 설치할 수도 있다.
뿐만 아니라, 본 발명의 제 2 실시 예를 적용시킨 비상전원 발전기(EPG)의 블록도에서는 비록 도시하지 않았으나, 상기 발전기 제어부(70)의 출력단자에 수소 및 바이오 연료의 잔여랑을 원격지의 관리자 등에서 유선 또는 무선으로 송출해 주는 수소 및 바이오 잔여량 송출부나 수소 및 바이오 연료 소진상태를 소리 또는 빛 등으로 알릴 수 있는 수소 및 바이오 연료 소진상태 알림부를 를 더 설치할 수도 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1 : 수소발생기 1a : 제 1 상용전원 감시부
2 : 저장 관리 시스템 2a : 제 2 상용전원 감시부
3 : 수소압축기 3a : 제 3 상용전원 감시부
4 : 수소연료 자동차
5 : 제 1 전자변
EPG : 비상전원 발전기
10 : 복합연료 공급부
11 : 수소저장탱크 12 : 바이오연료 저장탱크
20 : 연료 개질기
30 : 연료전지 전원공급모듈
31 : 수소연료전지 32 : 에너지 저장부
41 : 제 2 전자변 42 : 제 3 전자변
51 : 제 2 전자변 구동부 52 : 제 3 전자변 구동부
70 : 발전기 제어부
80 : 직류전압 출력부
90 : 교류전압 출력부 91 : DC/AC 변환부
100 : 함체
120 : 수소 및 바이오 연료량 검출부
130 : 수소 및 바이오 잔여랑 표시부
140 : 전력 모니터링부 141 : 발전전력 검출부
142 : 저장전력 검출부 143 : 공급전력 검출부
150 : 전력상태 표시부 151 : 발전전력 표시부
152 : 저장전력 표시부 153 : 공급전력 표시부

Claims (7)

  1. 물(H2O)을 전기분해하여 수소(H2)를 발생시키는 수소발생기와; 상기 수소발생기에서 발생하는 수소를 50~150bar로 압축시켜 임시 저장하는 저장 관리 시스템과; 상기 저장 관리 시스템에 저장된 수소를 700 bar 또는 그 이상의 압력으로 더 압축하여 수소연료 자동차의 수소 저장탱크로 주입/충전시켜 주는 수소압축기가 구비된 수소충전소에서 정전시 비상전원공급을 위한 시스템을 구성함에 있어서,
    상기 수소발생기와 저장 관리 시스템 및 수소압축기에 각각 상용전원이 정상적으로 공급되고 있는지의 여부를 실시간으로 검출하여 비상전원 발전기의 발전기 제어부로 전달하는 제 1 내지 제 3 상용전원 감시부를 설치하고,
    상기 제 1 내지 제 3 상용전원 감시부의 출력단자와 상기 수소발생기, 저장 관리 시스템 및 수소압축기의 전원공급부 사이에는 정전으로 인해 상기 수소발생기와 저장 관리 시스템 및 수소압축기 중 어느 하나에서라도 상용전원 공급이 차단된 경우 수소발생기에서 제공하는 수소를 이용하여 비상전원을 발전시켜 상용전원이 공급되지 않고 있는 기기에 공급하는 비상전원 발전기를 설치하며,
    상기 수소발생기와 비상전원 발전기 사이에는 상기 수소발생기와 저장 관리 시스템 및 수소압축기 중 어느 하나에서라도 상용전원 공급이 차단된 경우 비상전원 발전기 내 발전기 제어부의 제어를 받아 상기 수소발생기에서 발생되는 수소를 비상전원 발전기의 발전연료로 제공하는 제 1 전자변을 설치한 것을 특징으로 하는 수소충전소 정전시 비상전원공급 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 비상전원 발전기는,
    상기 제 1 내지 제 3 상용전원 감시부 중 어느 한 상용전원 감시부에서라도 상용전원 공급차단신호가 입력되면 비상전원 발전기를 통한 비상발전에 필요한 전반적인 제어기능을 수행하는 발전기 제어부와;
    상기 발전기 제어부에서 판단한 결과, 상기 수소발생기와 저장 관리 시스템 및 수소압축기 중 어느 하나에서라도 상용전원 공급이 차단된 것으로 판단되어 출력신호가 발생되면 제 1 전자변에 구동신호를 발생시키는 제 1 전자변 구동부과;
    상기 제 1 전자변 구동부의 출력신호에 대응하여 개폐되는 상기 제 1 전자변을 통해 수소발생기에서 제공하는 수소를 산화제와 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시키는 연료전지 전원공급모듈와;
    상기 연료전지 전원공급모듈에서 출력되는 직류전압을 상기 수소발생기와 저장 관리 시스템 및 수소압축기의 구동에 필요한 직류전압으로 변환시켜 공급해 주는 직류전압 출력부와;
    상기 연료전지 전원공급모듈에서 출력되는 직류전압을 상기 수소발생기와 저장 관리 시스템 및 수소압축기의 구동에 필요한 교류전압으로 변환시켜 주는 DC/AC 변환부와;
    상기 DC/AC 변환부에서 출력되는 교류전압을 상기 수소발생기와 저장 관리 시스템 및 수소압축기 중 상용전원 공급이 차단된 기기에 공급시켜 주는 교류전압 출력부와;
    상기한 각 구성요소들이 내,외설될 수 있도록 소정체적을 갖게 성형한 캐비넷 형태의 함체;로 구성한 것을 특징으로 하는 수소충전소 정전시 비상전원공급 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 연료전지 전원공급모듈은,
    상기 수소발생기에서 제 1 전자변을 통해 제공하는 수소를 이용하여 전력을 생산하는 수소연료전지(HFC)와; 상기 수소연료전지에서 생산된 전력을 저장하는 에너지저장부(ESS)를 포함하며,
    상기 에너지저장부에서 상기 수소발생기와 저장 관리 시스템 및 수소압축기의 구동에 필요하는 주전원으로 직류전압 출력부 및 DC/AC 변환부에 직류전압을 공급해주는 것을 특징으로 하는 수소충전소 정전시 비상전원공급 시스템.
  4. 물(H2O)을 전기분해하여 수소(H2)를 발생시키는 수소발생기와; 상기 수소발생기에서 발생하는 수소를 50~150bar로 압축시켜 임시 저장하는 저장 관리 시스템과; 상기 저장 관리 시스템에 저장된 수소를 700 bar 또는 그 이상의 압력으로 더 압축하여 수소연료 자동차의 수소 저장탱크로 주입/충전시켜 주는 수소압축기가 구비된 수소충전소에서 정전시 비상전원공급을 위한 시스템을 구성함에 있어서,
    상기 수소발생기와 저장 관리 시스템 및 수소압축기에 각각 상용전원이 정상적으로 공급되고 있는지의 여부를 실시간으로 검출하여 비상전원 발전기의 발전기 제어부로 전달하는 제 1 내지 제 3 상용전원 감시부를 설치하고,
    상기 제 1 내지 제 3 상용전원 감시부의 출력단자와 상기 수소발생기, 저장 관리 시스템 및 수소압축기의 전원공급부 사이에는 정전으로 인해 상기 수소발생기와 저장 관리 시스템 및 수소압축기 중 어느 하나에서라도 상용전원 공급이 차단된 경우 자체 내에 구비된 수소가스 및 바이오연료를 포함하는 복합연료를 이용하여 비상전원을 발전시켜 상용전원이 공급되지 않고 있는 기기에 공급해 주는 비상전원 발전기를 설치한 것을 특징으로 하는 수소충전소 정전시 비상전원공급 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 비상전원 발전기는,
    상기 제 1 내지 제 3 상용전원 감시부 중 어느 한 상용전원 감시부에서라도 상용전원 공급차단신호가 입력되면 비상전원 발전기를 통한 비상발전에 필요한 전반적인 제어기능을 수행하는 발전기 제어부와;
    복수의 수소저장탱크와 바이오연료 저장탱크를 포함하여 구성되는 복합연료 공급부와;
    상기 복합연료 공급부에 포함되어 있는 저장탱크들 중 발전기 제어부에 의해 발전연료로 바이오연료 저장탱크가 선택되어 제 3 전자변을 통해 공급될 경우 이들 바이오연료에서 수소만 얻어내는 연료 개질기와;
    상기 수소저장탱크 또는 연료 개질기에서 제공하는 수소를 산화제와 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시키는 연료전지 전원공급모듈와;
    상기 발전기 제어부에서 판단한 결과 상기 수소발생기와 저장 관리 시스템 및 수소압축기 중 어느 하나에서라도 상용전원 공급이 차단된 것으로 판단하고 출력신호가 발생되면, 상기 발전기 제어부의 출력신호에 대응하여 제 2 및 제 3 전자변의 개폐를 제어하는 제 2 및 제 3 전자변 구동부와;
    상기 발전기 제어부의 제어를 받는 제 2 및 제 3 전자변 구동부의 출력신호에 대응하여 각각 그 개폐가 제어되는 제 2 및 제 3 전자변과;
    상기 연료전지 전원공급모듈에서 출력되는 직류전압을 상기 수소발생기와 저장 관리 시스템 및 수소압축기의 구동에 필요한 직류전압으로 변환시켜 공급해 주는 직류전압 출력부와;
    상기 연료전지 전원공급모듈에서 출력되는 직류전압을 상기 수소발생기와 저장 관리 시스템 및 수소압축기의 구동에 필요한 교류전압으로 변환시켜 주는 DC/AC 변환부와;
    상기 DC/AC 변환부에서 출력되는 교류전압을 상기 수소발생기와 저장 관리 시스템 및 수소압축기 중 상용전원 공급이 차단된 기기에 공급시켜 주는 교류전압 출력부와;
    상기한 각 구성요소들이 내,외설될 수 있도록 소정체적을 갖게 성형한 캐비넷 형태의 함체;로 구성한 것을 특징으로 하는 수소충전소 정전시 비상전원공급 시스템.
  6. 청구항 2 또는 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료전지 전원공급모듈과 상기 직류 및 교류전압 출력부의 출단자 및 발전기 제어부의 전원공급부 사이에는, 발전전력 검출부와 저장전력 검출부 및 공급전력 검출부로 구성된 전력 모니터링부를 더 설치하고,
    상기 발전기 제어부의 출력단자에는 발전전력 표시부와 저장전력 표시부 및 공급전력 표시부로 구성된 전력상태 표시부를 더 설치한 것을 특징으로 하는 수소충전소 정전시 비상전원공급 시스템.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 복합연료 공급부와 발전기 제어부 사이에는, 수소저장탱크와 바이오연료 저장탱크들에 각각 충전되어 있는 연료들의 잔류량을 검출하여 발전기 제어부로 하여금 비상전원 발전기의 발전연료로 어느 연료를 선택할 것인지와 선택된 연료에 대응하는 구동신호를 상기 제 2 및 제 3 전자변 구동부 중 어느 한 전자변 구동부에 출력시켜 줄 수 있도록 하는 수소 및 바이오 연료량 검출부를 더 설치하고,
    상기 발전기 제어부의 출력부에는 수소 및 바이오 잔여랑 표시부를 더 설치한 것을 특징으로 하는 수소충전소 정전시 비상전원공급 시스템.
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