KR20220125489A - Multi-stage complex hydrogen compression system - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a hydrogen compression system capable of storing hydrogen supplied to a hydrogen station through a hydrogen trailer by raising pressure thereof. A multi-stage complex hydrogen compression system includes: a bed; a driving motor installed on one side of the bed, while having a pulley connected to an output shaft, and having a first coupling coupled to the outside of the pulley; a diaphragm compressor connected with the pulley through a belt to be operated, while having a first slide module enabling a position adjustment in a first axial direction on the bed; a hydraulic actuator (HPU) disposed adjacent to the driving motor on the bed; a hydraulically driven piston compressor operated by the hydraulic actuator; a power transmission unit equipped with a second coupling corresponding to the first coupling to enable selective power transmission to the hydraulic actuator; a medium-pressure storage tank connected to the diaphragm compressor and the hydraulically driven piston compressor through a pipe; and a high-pressure storage tank connected to the hydraulically driven piston compressor through a pipe. Therefore, the multi-stage complex hydrogen compression system can enable the diaphragm compressor and the hydraulically driven piston compressor to be simultaneously or selectively used.

Description

다단 복합형 수소압축 시스템{Multi-stage complex hydrogen compression system}Multi-stage complex hydrogen compression system

본 발명은 수소스테이션으로 운송되는 수소가스를 효과적으로 압축 저장될 수 있도록 하기 위한 다단 복합형 수소압축 시스템에 관한 기술이다.The present invention relates to a multi-stage hybrid hydrogen compression system for effectively compressing and storing hydrogen gas transported to a hydrogen station.

수소가스 압축 장치는 정유 및 화학 공정에서 발생된 수소를 가스 배관을 통하여 가스 공급 업체에 수송되어 가스 공급 업체에서 수소 수송용 카트리지 차량에 압축 저장하기 위한 목적 또는 수소가스 제조시설로부터 공급받은 수소를 고압으로 압축하여 자동차나 연료전지 등에 공급하는 역할을 한다. The hydrogen gas compression device transports hydrogen generated from oil refining and chemical processes to a gas supplier through a gas pipe, and compresses and stores the hydrogen supplied from a hydrogen gas manufacturing facility in a cartridge vehicle for transporting hydrogen from the gas supplier at high pressure. It is compressed and supplied to automobiles and fuel cells.

이러한 수소가스 압축 장치는 지구 환경 변화에 대한 화석연료 매장량 감소와 소비량 증가로 인한 에너지 가격 상승과, 에너지 수급의 위기성에 따른 대체 에너지 개발의 필요성 및 국내 에너지 수요의 많은 부분을 차지하는 수송용 에너지로 인한 환경오염 지수의 증가를 막기 위하여 개발되는 대체 에너지인 수소가스의 효율 증가를 위한 장치이다.This hydrogen gas compression device is designed to reduce the amount of fossil fuel reserves and increase energy consumption due to changes in the global environment, increase energy prices, and the need to develop alternative energy due to the crisis of energy supply and demand. It is a device for increasing the efficiency of hydrogen gas, which is an alternative energy developed to prevent an increase in the environmental pollution index.

특히, 근래 수소가 미래의 친환경적인 연료로 급부상됨에 따라 수소 경제 활성화 및 조기 정착을 위해서는 효율적인 수소가스의 운반 및 보관을 위해 고성능의 압축장치가 필수적이라 할 것이다.In particular, as hydrogen is rapidly emerging as an eco-friendly fuel of the future, a high-performance compression device is essential for efficient transportation and storage of hydrogen gas in order to revitalize the hydrogen economy and establish early settlement.

본 발명과 관련한 종래기술로 대한민국 등록특허 10-2000269호의 "수소가스 압축 장치"가 알려져 있으며, 도 1은 종래기술의 압축장치의 개념도를 나타낸 것이다.As a prior art related to the present invention, the "hydrogen gas compression device" of Korean Patent No. 10-2000269 is known, and FIG. 1 shows a conceptual diagram of a compression device of the prior art.

종래기술의 일 예에 따른 수소가스 압축 장치는 자동차의 엔진과 같이 크랭크축과 상기 크랭크축이 회전 시 행정실내에서 왕복 구동하는 피스톤(11)으로 이루어지는 구동부와, 상기 피스톤(11)과의 사이에 위치된 오일(oil)의 압력이 상승함에 따라 수소가스를 압축하는 다이아프램(12)으로 이루어지는 압축부로 구성될 수 있다.A hydrogen gas compression device according to an example of the prior art is between a driving unit including a crankshaft and a piston 11 reciprocally driven in a stroke chamber when the crankshaft rotates, like an engine of a car, and the piston 11 It may be composed of a compression part made of a diaphragm 12 that compresses hydrogen gas as the pressure of the positioned oil rises.

도 1에 도시된 바와 같이 피스톤(11)이 최고점까지 상승했을 때에는 다이아프램(12)과 피스톤(11) 사이에 있는 오일(oil)의 압력이 상승하게 되면 유입된 저압 수소가스의 압축이 이루어지고, 피스톤(11)이 최저점까지 하강했을 때에는 반대의 현상이 일어나게 되다As shown in FIG. 1, when the piston 11 rises to the highest point, when the pressure of oil between the diaphragm 12 and the piston 11 rises, the low-pressure hydrogen gas introduced is compressed and , when the piston 11 descends to the lowest point, the opposite phenomenon occurs

이러한 종래의 수소가스 압축 장치는 구동부가 크랭크축으로 이루어짐에 따라 수소가스 압축 장치 전체의 크기가 대형화되고, 크랭크축을 지속적으로 회전시키기 위해서는 상대적으로 큰 용량의 전동기를 필요로 하게 되므로 원가 상승의 요인이 되고, 전력 소비량도 늘어나게 되는 등의 문제점이 있었다.In such a conventional hydrogen gas compression device, the size of the entire hydrogen gas compression device is enlarged as the driving unit is made of a crankshaft, and a relatively large capacity electric motor is required to continuously rotate the crankshaft, which increases the cost. And there was a problem, such as an increase in power consumption.

한편, 기존의 수소가스 압축 시스템의 경우 압축기의 구동을 위한 구동모터가 고장나는 경우 시스템 전체가 정지되면 구동모터의 수리 내지 교체로 인해 장시간 수소스테이션의 기능이 마비되는 문제점이 있었다.On the other hand, in the case of the conventional hydrogen gas compression system, when the drive motor for driving the compressor fails, when the entire system is stopped, the function of the hydrogen station is paralyzed for a long time due to repair or replacement of the drive motor.

대한민국 등록특허 10-2000269호Republic of Korea Patent No. 10-2000269

따라서 본 발명에서는 수소스테이션을 보다 안정적으로 운영할 수 있도록 하고자 수소트레일러로부터 공급되는 수소가스를 압축저장하되, 하나의 구동모터에 다이아프램 압축기와 유압구동 피스톤 압축기가 연결되게 하여 양자의 동시구동 또는 선택적 구동이 가능하게 하여 보다 효율적으로 수소가스 압축이 가능한 시스템을 제공하고자 한다.Therefore, in the present invention, the hydrogen gas supplied from the hydrogen trailer is compressed and stored so that the hydrogen station can be operated more stably, but the diaphragm compressor and the hydraulically driven piston compressor are connected to one drive motor to simultaneously drive or selectively It is intended to provide a system capable of more efficient hydrogen gas compression by enabling operation.

제시한 바와 같은 과제 달성을 위한 본 발명의 다단 복합형 수소압축 시스템은, 수소트레일러를 통해 수소스테이션으로 공급되는 수소를 증압하여 저장할 수 있도록 하는 수소압축 시스템으로서, 베드; 상기 베드의 일측에 설치되되, 출력축에 풀리가 연결되며 상기 풀리의 외측으로 제1커플링이 결합되도록 구성되는 구동모터; 상기 풀리와 벨트로 연결되어 동작되되, 상기 베드 위에서 제1축 방향으로 위치조정이 가능하도록 하는 제1슬라이드모듈을 갖는 다이아프램 압축기; 상기 베드 위에 상기 구동모터와 인접하여 배치되는 유압구동기(HPU); 상기 유압구동기에 의해 동작되는 유압구동 피스톤 압축기; 상기 유압구동기로 선택적인 동력전달이 가능하도록 상기 제1커플링에 대응하는 제2커플링을 갖추고 있는 동력전달부; 상기 다이아프램 압축기, 유압구동 피스톤 압축기와 배관으로 연결되는 중압저장탱크; 상기 유압구동 피스톤 압축기와 배관으로 연결되는 고압저장탱크;를 포함하여 상기 다이아프램 압축기와 상기 유압구동 피스톤 압축기의 동시 사용 또는 선택적 사용이 가능하도록 하는 것을 특징으로 한다.A multi-stage hybrid hydrogen compression system of the present invention for achieving the above-mentioned problems is a hydrogen compression system that can store and boost hydrogen supplied to a hydrogen station through a hydrogen trailer, comprising: a bed; a driving motor installed on one side of the bed, a pulley connected to an output shaft, and a first coupling coupled to the outside of the pulley; a diaphragm compressor connected to the pulley and the belt to operate, the diaphragm compressor having a first slide module that enables position adjustment in the first axial direction on the bed; a hydraulic actuator (HPU) disposed adjacent to the driving motor on the bed; a hydraulically driven piston compressor operated by the hydraulic actuator; a power transmission unit having a second coupling corresponding to the first coupling so as to selectively transmit power to the hydraulic actuator; a medium pressure storage tank connected to the diaphragm compressor and the hydraulically driven piston compressor through a pipe; and a high-pressure storage tank connected to the hydraulically driven piston compressor through a pipe to enable simultaneous or selective use of the diaphragm compressor and the hydraulically driven piston compressor.

바람직하게 상기 동력전달부는, 제2슬라이드모듈을 따라 위치 이동이 이루어지면서 상기 제1커플링과 제2커플링의 연결 또는 분리가 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the power transmission unit is characterized in that the first coupling and the second coupling are connected or separated while the position is moved along the second slide module.

바람직하게 상기 제1슬라이드모듈과 제2슬라이드모듈은, 하나 이상의 슬라이드레일; 상기 슬라이드레일에 끼워져 움직일 수 있는 레일가이드; 상기 다이아프램 압축기 또는 상기 동력전달부를 원하는 위치에 고정시킬 수 있도록 하는 고정수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the first slide module and the second slide module may include one or more slide rails; a rail guide inserted into the slide rail and movable; and fixing means for fixing the diaphragm compressor or the power transmission unit to a desired position.

바람직하게 상기 다단 복합형 수소압축 시스템은, 두 가지 정상모드로 운전되되, 제1정상모드는 상기 수소트레일러의 수소가스가 상기 다이아프램 압축기로 공급되어 1차압축된 후 상기 중압저장탱크로 저장되고, 상기 중압저장탱크에 저장된 수소가스는 상기 유압구동 피스톤 압축기로 공급되어 2차압축된 후 상기 고압저장탱크에 저장되는 경로를 갖고, 제2정상모드는 상기 수소트레일러의 수소가스가 상기 다이아프램 압축기로 공급되어 1차압축된 후 상기 유압구동 피스톤 압축기로 공급되어 2차압축이 이루어진 다음 고압저장탱크로 저장되는 경로를 갖는 것을 특징으로 한다.Preferably, the multi-stage complex type hydrogen compression system is operated in two normal modes, and in the first normal mode, the hydrogen gas of the hydrogen trailer is supplied to the diaphragm compressor and first compressed, and then stored in the medium pressure storage tank, , the hydrogen gas stored in the medium pressure storage tank is supplied to the hydraulically driven piston compressor and is secondary compressed and then stored in the high pressure storage tank. It is characterized in that it has a path in which it is supplied to and first compressed and then supplied to the hydraulically driven piston compressor to perform secondary compression and then stored in a high-pressure storage tank.

바람직하게 상기 다단 복합형 수소압축 시스템은, 두 가지 고장모드로 운전되되, 제1고장모드는 상기 다이아프램 압축기의 고장으로 인해 시스템이 정지되면, 상기 제1슬라이딩모듈을 조정하여 상기 다이아프램 압축기로 연결된 벨트를 제거시키도록 한 후, 상기 시스템을 구동하도록 하여 상기 수소트레일러의 수소가스가 상기 유압구동 피스톤 압축기로 공급되게하여 1차압축 후 상기 중압저장탱크로 저장되게 하고, 상기 중압저장탱크에 저장된 수소가스를 상기 유압구동 피스톤 압축기로 재 공급하여 2차압축 후 상기 고압저장탱크로 저장되게 하는 경로를 갖고, 제2고장모드는 상기 유압구동 피스톤 압축기의 고장으로 인해 시스템이 정지되며, 상기 제2슬라이딩모듈을 조정하여 상기 유압구동기로 동력전달이 차단되게 한 후, 상기 시스템을 구동하도록하여 상기 수소트레일러의 수소가스가 상기 다이아프램 압축기로 공급되게 하여 1차압축 후 상기 중압저장탱크에 저장되게 하는 경로를 갖는 것을 특징으로 한다.Preferably, the multi-stage hybrid hydrogen compression system is operated in two failure modes, the first failure mode is when the system is stopped due to a failure of the diaphragm compressor, the first sliding module is adjusted to the diaphragm compressor After removing the connected belt, the system is driven so that the hydrogen gas of the hydrogen trailer is supplied to the hydraulically driven piston compressor to be stored in the medium pressure storage tank after primary compression, and stored in the medium pressure storage tank It has a path for re-supplying hydrogen gas to the hydraulically driven piston compressor and storing it in the high-pressure storage tank after secondary compression, and in the second failure mode, the system is stopped due to the failure of the hydraulically driven piston compressor, and the second After adjusting the sliding module to cut off power transmission to the hydraulic actuator, the system is driven so that the hydrogen gas of the hydrogen trailer is supplied to the diaphragm compressor and stored in the medium pressure storage tank after primary compression It is characterized by having a path.

본 발명에 의한 다단 복합형 수소압축 시스템에 의하면 하나의 구동모터를 활용하여 두 가지 정상모드 운전과 두 가지 고장모드 운전이 가능하여 수소스테이션을 저비용으로 보다 안정적이고도 효율적인 운영이 가능하도록 하는 기반을 제공할 수 있다는 효과가 있다.According to the multi-stage hybrid hydrogen compression system according to the present invention, two normal mode operation and two failure mode operation are possible using a single drive motor, thereby providing a basis for more stable and efficient operation of the hydrogen station at low cost It has the effect of being able to do it.

도 1은 종래기술의 압축장치의 개념도.
도 2는 본 발명에 의한 다단 복합형 수소압축 시스템의 구성도.
도 3은구동모터, 다이아프램 압축기, 동력전달부의 연결 관계도.
도 4는 제1슬라이드모듈의 예시도.
도 5는 제2슬라이드모듈의 예시도.
도 6은 본 발명의 다단 복합형 수소압축 시스템이 정상모드로 동작될 시의 작동경로도.
도 7은 본 발명의 다단 복합형 수소압축 시스템이 고장모드로 동작될 시의 작동경로도.1 is a conceptual diagram of a prior art compression device.
2 is a block diagram of a multi-stage hybrid hydrogen compression system according to the present invention.
3 is a connection relationship diagram of a driving motor, a diaphragm compressor, and a power transmission unit;
4 is an exemplary view of a first slide module;
5 is an exemplary view of a second slide module;
6 is an operation path diagram when the multi-stage hybrid hydrogen compression system of the present invention is operated in a normal mode.
7 is an operation path diagram when the multi-stage hybrid hydrogen compression system of the present invention is operated in a failure mode.

이하, 본 발명에 의한 다단 복합형 수소압축 시스템에 대해 보다 상세한 설명을 하도록 하며, 첨부되는 도면을 참조하는 것으로 한다. 단, 제시되는 도면 및 이에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 기술적 사상에 따른 하나의 실시 가능한 예를 설명하는 것인 바, 본 발명의 기술적 보호범위가 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a more detailed description of the multi-stage hybrid hydrogen compression system according to the present invention will be made with reference to the accompanying drawings. However, the presented drawings and detailed descriptions thereof illustrate one possible example according to the technical idea of the present invention, and the technical protection scope of the present invention is not limited thereto.

도 2는 본 발명에 의한 다단 복합형 수소압축 시스템의 구성도이며, 도 3은구동모터, 다이아프램 압축기, 동력전달부의 연결 관계도이며, 도 4는 제1슬라이드모듈의 예시도이며, 도 5는 제2슬라이드모듈의 예시도이며, 도 6은 본 발명의 다단 복합형 수소압축 시스템이 정상모드로 동작될 시의 작동경로도이며, 도 7은 본 발명의 다단 복합형 수소압축 시스템이 고장모드로 동작될 시의 작동경로도를 나타낸 것이다.2 is a block diagram of a multi-stage hybrid hydrogen compression system according to the present invention, FIG. 3 is a connection relationship diagram of a drive motor, a diaphragm compressor, and a power transmission unit, FIG. 4 is an exemplary view of a first slide module, FIG. 5 is an exemplary diagram of a second slide module, FIG. 6 is an operation route diagram when the multi-stage hybrid hydrogen compression system of the present invention is operated in a normal mode, and FIG. 7 is a failure mode of the multi-stage hybrid hydrogen compression system of the present invention It shows the operation path when it is operated.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 다단 복합형 수소압축 시스템은 수소트레일러를 통해 운송되는 수소가스를 수소스테이션에 압축저장할 수 있도록 하는 기술이다.As shown, the multi-stage hybrid hydrogen compression system according to the present invention is a technology for compressing and storing hydrogen gas transported through a hydrogen trailer in a hydrogen station.

보다 구체적인 본원의 다단 복합형 수소압축 시스템은 주요한 구성요소로 베드(100), 구동모터(200), 다이아프램 압축기(300), 유압구동 피스톤 압축기(400), 동력전달부(500), 중압저장탱크(600), 고압저장탱크(700)를 포함하여 이루어진다.More specifically, the multi-stage hybrid hydrogen compression system of the present application includes a bed 100, a drive motor 200, a diaphragm compressor 300, a hydraulically driven piston compressor 400, a power transmission unit 500, and medium pressure storage as main components. A tank 600 and a high-pressure storage tank 700 are included.

소정의 베드(100)가 마련되며, 베드(100)의 일측 상면에 구동모터(200)가 고정 설치되는데, 구동모터(200)의 출력축(210)에 풀리(220)가 연결되며, 풀리(220)의 외측으로 제1커플링(C1)이 결합되도록 한다.A predetermined bed 100 is provided, and the drive motor 200 is fixedly installed on one upper surface of the bed 100 , and the pulley 220 is connected to the output shaft 210 of the drive motor 200 , and the pulley 220 ) so that the first coupling (C1) is coupled to the outside.

다이아프램 압축기(300)는 구동모터(200)의 출력축(210)에 연결된 풀리(220)와 벨트(V)로 연결되어 동작되는 것이며, 다이아프램 압축기(300) 자체의 동작은 일반적인 것인 바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 특히, 본 발명에서의 다이아프램 압축기(300)는 베드(100) 위에서 제1축 방향으로 위치조정이 가능하도록 제1슬라이드모듈(230)을 갖추도록 한다.The diaphragm compressor 300 is operated by being connected to the pulley 220 and the belt V connected to the output shaft 210 of the driving motor 200, and the operation of the diaphragm compressor 300 itself is a general bar, A detailed description thereof will be omitted. In particular, the diaphragm compressor 300 in the present invention is provided with the first slide module 230 so as to be positioned on the bed 100 in the first axial direction.

제1슬라이드모듈(230)은 슬라이드레일(231), 레일가이드(232), 고정수단(233)을 포함하게 되며, 슬라이드레일(231)은 베드(100) 위에 제1축 방향으로 고정 설치된다. 본 실시예의 경우 슬라이드레일(231)로 LM 가이드를 활용하도록 하며, 안정적인 지지를 위해 이격거리를 두고 한 쌍의 슬라이드레일(231)이 설치되게 한다.The first slide module 230 includes a slide rail 231 , a rail guide 232 , and a fixing means 233 , and the slide rail 231 is fixedly installed on the bed 100 in the first axial direction. In this embodiment, the LM guide is used as the slide rail 231, and a pair of slide rails 231 are installed at a distance for stable support.

슬라이드레일(231)에는 레일가이드(232)가 끼워지게 되고, 레일가이드(232)가 슬라이드레일(231)을 따라 직선 운동될 수 있도록 한다. 레일가이드(232) 위에 다이아프램 압축기(300)가 올려져 결합되게 함으로써 필요에 따라 다이아프램 압축기(300)의 위치를 변경시킬 수 있도록 할 수 있다.A rail guide 232 is fitted to the slide rail 231 , so that the rail guide 232 can linearly move along the slide rail 231 . The diaphragm compressor 300 is mounted on the rail guide 232 to be coupled, so that the position of the diaphragm compressor 300 can be changed as needed.

한편, 다이아프램 압축기(300)의 위치를 고정시키기 위한 고정수단(233)이 마련되도록 하는데, 본 실시예에서는 레일가이드(232)의 외측으로 돌출 연결되는 연결용 암(233a)이 형성되게 하고, 연결용 암(233a)에 상하로 관통되는 핀홀(233b)이 형성되도록 한다. 핀홀(233b)에 고정핀(233c)을 꽂아 베드(100) 상면에 형성되는 핀홈(233d)에 고정핀(233c)의 하단이 꽂히게 함으로써 다이아프램 압축기(300)를 원하는 위치에 고정시킬 수 있도록 한다. 바람직하게 베드(100)에는 소정 간격을 이루면서 연속적인 핀홈(233d)이 형성되게 하여 가장 적합한 위치의 핀홈(233d)에 고정핀(233c)을 꽂아 다이아프램 압축기(300)를 고정시킬 수 있도록 한다.On the other hand, the fixing means 233 for fixing the position of the diaphragm compressor 300 is provided, and in this embodiment, the connecting arm 233a protrudingly connected to the outside of the rail guide 232 is formed, Pinholes 233b penetrating up and down are formed in the connection arm 233a. By inserting the fixing pin 233c into the pinhole 233b so that the lower end of the fixing pin 233c is inserted into the pin groove 233d formed on the upper surface of the bed 100, the diaphragm compressor 300 can be fixed at a desired position. do. Preferably, the bed 100 is provided with a continuous pin groove 233d at a predetermined interval, so that the fixing pin 233c is inserted into the pin groove 233d at the most suitable position to fix the diaphragm compressor 300 .

다이아프램 압축기(300)는 풀리(220)와 벨트(V)를 이용하여 구동모터(200)로부터 동력을 전달받게 되는데, 효율적인 동력전달을 위해서는 벨트(V)의 장력이 적절하게 조정되어야 한다. 이에 보다 미세하게 벨트 장력 조절이 가능하도록 하고자 베드(100)에 형성되는 핀홈(233d)이 지그재그 형태로 2열을 이루면서 형성되게 하고, 연결용 암(233a)에 위치를 달리하는 두 개의 핀홀(233b)이 형성되게 함으로써 보다 미세하게 다이아프램 압축기(300)의 위치를 조정할 수 있도록 한다.The diaphragm compressor 300 receives power from the driving motor 200 using the pulley 220 and the belt V. For efficient power transmission, the tension of the belt V must be appropriately adjusted. In order to enable finer belt tension control, the pin grooves 233d formed in the bed 100 are formed in two rows in a zigzag form, and two pinholes 233b having different positions in the connecting arm 233a. ) to be formed, so that the position of the diaphragm compressor 300 can be more finely adjusted.

베드(100) 위에 구동모터(200)와 인접하여 유압구동기(HPU)(450)가 마련되며, 유압구동기(450)는 유압펌프의 동작을 통해 작동유체를 후술될 유압구동 피스톤 압축기(400)로 공급하게 된다.A hydraulic actuator (HPU) 450 is provided on the bed 100 adjacent to the driving motor 200, and the hydraulic actuator 450 converts the working fluid to a hydraulically driven piston compressor 400 to be described later through the operation of the hydraulic pump. will supply

유압구동 피스톤 압축기(400)는 유압구동기(450)로부터 유압을 공급받아 수소가스를 압축할 수 있는 요소이며, 유압구동기(450)로 선택적인 동력전달이 가능하도록 하기 위해 제1커플링(C1)에 대응하는 제2커플링(C2)을 갖추고 있는 동력전달부(500)가 구비된다. 구동모터(200)의 동력은 동력전달부(500)를 거쳐서 유압구동기(450)로 제공되며, 제1커플링(C1)과 제2커플링(C2)이 연결되면 유압구동기(450)로 구동모터(200)의 동력이 전달되어 유압구동기(450)가 작동되고, 제1커플링(C1)과 제2커플링(C2)의 연결이 해제되면 유압구동기(450)로 구동모터(200)의 동력이 전달되지 않게 된다.The hydraulically driven piston compressor 400 is an element capable of compressing hydrogen gas by receiving hydraulic pressure from the hydraulic actuator 450 , and a first coupling (C1) to enable selective power transmission to the hydraulic actuator 450 . A power transmission unit 500 having a second coupling (C2) corresponding to is provided. The power of the driving motor 200 is provided to the hydraulic actuator 450 through the power transmission unit 500 , and when the first coupling C1 and the second coupling C2 are connected, it is driven by the hydraulic actuator 450 . When the power of the motor 200 is transmitted and the hydraulic actuator 450 is operated, and the connection between the first coupling C1 and the second coupling C2 is released, the hydraulic actuator 450 operates the driving motor 200 . power is not transmitted.

즉, 본 발명에서는 하나의 구동모터(200)에 다이아프램 압축기(300)와 유압구동 피스톤 압축기(400)가 연결될 수 있도록 하여 동시에 양자가 동작될 수 있게 할 수 있으며, 경우에 따라 양자 중 어느 하나만이 동작되게 할 수 있다.That is, in the present invention, the diaphragm compressor 300 and the hydraulically driven piston compressor 400 can be connected to one drive motor 200 so that both can be operated at the same time, and in some cases, only one of the two can make this work.

다시 말해서 본 발명의 다단 복합형 수소압축 시스템이 정상모드로 운전될 때에는 구동모터(200)의 출력이 다이아프램 압축기(300)와 유압구동 피스톤 압축기(400)로 동시에 공급되나, 고장모드로 운전될 때에는 구동모터(200)의 출력이 다이아프램 압축기(300)로만 동력이 공급되거나 유압구동 피스톤 압축기(400)로만 동력이 공급된다.In other words, when the multi-stage hybrid hydrogen compression system of the present invention is operated in the normal mode, the output of the driving motor 200 is simultaneously supplied to the diaphragm compressor 300 and the hydraulically driven piston compressor 400, but may be operated in a failure mode. When the output of the driving motor 200 is powered only by the diaphragm compressor 300 or power is supplied only to the hydraulically driven piston compressor 400 .

동력전달부(500)의 제2커플링(C2)은 상황에 따라 제1커플링(C1)과 연결되거나 분리되어야 하는데, 이를 위해 동력전달부(500)에 제2슬라이드모듈(510)이 구비되어 위치 이동이 이루어지도록 한다.The second coupling C2 of the power transmission unit 500 needs to be connected to or separated from the first coupling C1 depending on the situation. For this purpose, the power transmission unit 500 is provided with a second slide module 510 . to cause a positional movement.

제2슬라이드모듈(510)도 슬라이드레일(511), 레일가이드(512), 고정수단(513)으로 이루어질 수 있으며, 베드(100) 위에 설치되는 구동모터(200)는 설치판(240) 위에 장착되며, 설치판(240) 위에 제2축 방향으로 한 쌍의 슬라이드레일(511)이 설치되게 한다. 슬라이드레일(511)에 레일가이드(512)가 끼워져 움직일 수 있는 상태가 되게 하고, 복수의 레일가이드(512) 위에 동력전달부(500)가 얹혀져 결합되게 하여 슬라이드레일(511)을 따라 동력전달부(500)가 직선 이동 가능하도록 한다. The second slide module 510 may also include a slide rail 511 , a rail guide 512 , and a fixing means 513 , and the driving motor 200 installed on the bed 100 is mounted on the installation plate 240 . and a pair of slide rails 511 are installed on the mounting plate 240 in the second axis direction. The rail guide 512 is inserted into the slide rail 511 to be in a movable state, and the power transmission unit 500 is placed on the plurality of rail guides 512 to be coupled, and the power transmission unit along the slide rail 511 (500) to be able to move in a straight line.

그리고 동력전달부(500)를 원하는 위치에 고정시킬 수 있도록 하기 위한 고정수단(513)이 마련되고, 고정수단(513)은 레일가이드(512)의 외측으로 돌출되는 연결용 암(513a)과, 연결용 암(513a)에 형성되는 핀홀(513b), 핀홀(513b)에 끼워지는 고정핀(513c) 및 설치판(240) 위에 함몰되게 형성되는 복수의 핀홈(513d)으로 이루어질 수 있다.And a fixing means 513 for fixing the power transmission unit 500 to a desired position is provided, and the fixing means 513 includes a connection arm 513a protruding to the outside of the rail guide 512 and, A pinhole 513b formed in the connection arm 513a, a fixing pin 513c fitted into the pinhole 513b, and a plurality of pin grooves 513d recessed on the mounting plate 240 may be formed.

소정 간격으로 연속적으로 복수의 핀홈(513d)을 단열 또는 2열 이상으로 형성시켜서 동력전달부(500)를 이동시킨 후 적당한 위치에서 고정핀(513c)을 핀홈(513d)에 꽂아 고정시킬 수 있도록 한다.After moving the power transmission unit 500 by continuously forming a plurality of pin grooves 513d at predetermined intervals or in two or more rows, the fixing pins 513c are inserted into the pin grooves 513d at an appropriate position so that they can be fixed. .

그리고 본 발명의 다단 복합형 수소압축 시스템에는 중압저장탱크(600)와 고압저장탱크(700)가 구비되도록 하며, 여기서 중압과 고압은 상대적인 개념이며 바람직하게 중압저장탱크(600)에 1차 압축가스를 저장되게 한 후 2차 압축후 고압저장탱크(700)에 저장될 수 있도록 한다.And the multi-stage hybrid hydrogen compression system of the present invention is provided with a medium pressure storage tank 600 and a high pressure storage tank 700, where the medium pressure and the high pressure are relative concepts, and preferably the primary compressed gas in the medium pressure storage tank 600 to be stored and then stored in the high-pressure storage tank 700 after secondary compression.

대략 중압저장탱크(600)에서는 450bar 정도의 수소가스를 저장될 수 있도록 하고, 고압저장탱크(700)에서는 875bar 정도의 수소가스가 저장될 수 있도록 한다.Approximately 450 bar of hydrogen gas can be stored in the medium pressure storage tank 600 , and hydrogen gas of about 875 bar can be stored in the high pressure storage tank 700 .

기본적으로 중압저장탱크(600)는 다이아프램 압축기(300)와 배관으로 연결되어 다이아프램 압축기(300)에 의해 1차 압축된 수소가스가 저장될 수 있도록 하며, 또한 중압저장탱크(600)는 유압구동 피스톤 압축기(700)와도 배관으로 연결되어 다이아프램 압축기(300)가 고장인 경우 유압구동 피스톤 압축기(700)에 의해 1차 압축된 수소가스가 중압저장탱크(600)에 저장될 수 있도록 한다.Basically, the medium pressure storage tank 600 is connected to the diaphragm compressor 300 by a pipe so that the hydrogen gas first compressed by the diaphragm compressor 300 can be stored, and the medium pressure storage tank 600 is hydraulic It is also connected to the driving piston compressor 700 through a pipe so that, when the diaphragm compressor 300 fails, the hydrogen gas first compressed by the hydraulically driven piston compressor 700 can be stored in the intermediate pressure storage tank 600 .

고압저장탱크(700)는 유압구동 피스톤 압축기(400)와 배관으로 연결되어 고압으로 압축된 수소가스가 저장될 수 있도록 한다.The high-pressure storage tank 700 is connected to the hydraulically driven piston compressor 400 through a pipe so that hydrogen gas compressed at high pressure can be stored.

이처럼 본 발명에 의한 다단 복합형 수소압축 시스템은 다이아프램 압축기(300)와 유압구동 피스톤 압축기(400)가 하나의 구동모터(200)에 연결되어 동시에 구동되면서 효과적으로 수소가스를 고압으로 압축할 수 있도록 하며, 상황에 따라 다이아프램 압축기(300) 또는 유압구동 피스톤 압축기(400) 중 어느 하나만을 선택적 사용할 수 있도록 함으로써 수소스테이션을 보다 안정적이면서도 효율적으로 운용할 수 있도록 한다.As such, in the multi-stage hybrid hydrogen compression system according to the present invention, the diaphragm compressor 300 and the hydraulically driven piston compressor 400 are connected to one drive motor 200 and simultaneously driven to effectively compress the hydrogen gas to a high pressure. And, by selectively using either the diaphragm compressor 300 or the hydraulically driven piston compressor 400 depending on the situation, the hydrogen station can be operated more stably and efficiently.

이어서 본 발명에 의한 다단 복합형 수소압축 시스템의 보다 구체적인 사용예에 대해 설명하도록 하며, 두 가지 정상모드와 2 가지 고장모드 운전에 대해 기술하도록 한다.Next, a more specific example of use of the multi-stage hybrid hydrogen compression system according to the present invention will be described, and two normal modes and two failure modes will be described.

먼저, 정상모드에 대해 설명하도록 하며 제1정상모드(N1)에서는 다이아프램 압축기(300)와 유압구동 피스톤 압축기(400)가 동시에 작동하게 되는데, 수소트레일러(10)의 수소가스가 다이아프램 압축기(300)로 공급되어 1차 압축되어 중압저장탱크(600)로 저장되며, 중압저장탱크(600)에 저장된 수소가스는 유압구동 피스톤 압축기(400)로 공급되어 2차압축된 후 고압저장탱크(700)로 저장되는 경로를 갖는다.First, the normal mode will be described, and in the first normal mode (N1), the diaphragm compressor 300 and the hydraulically driven piston compressor 400 are simultaneously operated. 300) is supplied to the primary compression and stored in the medium pressure storage tank 600, and the hydrogen gas stored in the medium pressure storage tank 600 is supplied to the hydraulically driven piston compressor 400 and is secondary compressed after being compressed in the high pressure storage tank 700 ) is stored as a path.

제2정상모드(N2)에서는 수소트레일러(10)의 수소가스가 다이아프램 압축기(300)로 공급되어 1차압축된 후 바로 유압구동 피스톤 압축기(400)로 공급되어 2차압축이 이루어지고 2차 압축된 수소가스는 바로 고압저장탱크(700)로 저장되는 경로를 갖게 된다. 즉, 제2정상모드(N2)에서는 압축된 수소가스는 중압저장탱크(600)를 거치지 않고 곧바로 고압저장탱크(700)에 저장될 수 있도록 한다.In the second normal mode (N2), the hydrogen gas of the hydrogen trailer 10 is supplied to the diaphragm compressor 300 and first compressed, and then immediately supplied to the hydraulically driven piston compressor 400 for secondary compression and secondary compression. The compressed hydrogen gas has a path directly stored in the high-pressure storage tank (700). That is, in the second normal mode (N2), the compressed hydrogen gas can be directly stored in the high-pressure storage tank 700 without passing through the medium-pressure storage tank 600 .

두 가지 정상모드는 필요에 따라 선택적으로 운전모드를 결정하여 운영할 수 있는 것이다.The two normal modes can be operated by selectively determining the operation mode as needed.

이어서 고장모드에 대해 설명하도록 하며, 제1고장모드(E1)는 다이아프램 압축기(300)가 고장으로 인해 시스템이 정지되는 경우에 해당된다. 다이아프램 압축기의 고장으로 인해 시스템이 정지되는 상황이 되면 제1슬라이딩모듈(230)을 조정하여 다이아프램 압축기(300)에 연결된 벨트(V)를 제거하도록 한 후, 시스템을 구동하도록 하는데 구동모터(200)가 동작되면 유압구동기만 작동하여 유압구동 피스톤 압축기(400)가 동작하게 되고 수소트레일러(10)의 수소가스는 유압구동 피스톤 압축기(400)로 공급되어 1차압축되어 중압저장탱크(600)로 저장된다. 중압저장탱크(600)에 저장된 수소가스는 다시 유압구동 피스톤 압축기(400)로 재 공급되어 2차압축 후 고압저장탱크(700)로 저장되도록 한다.Next, the failure mode will be described, and the first failure mode E1 corresponds to a case in which the system is stopped due to a failure of the diaphragm compressor 300 . When the system is stopped due to a failure of the diaphragm compressor, the first sliding module 230 is adjusted to remove the belt (V) connected to the diaphragm compressor 300, and then the drive motor ( When 200) is operated, only the hydraulic actuator is operated to operate the hydraulically driven piston compressor 400, and the hydrogen gas of the hydrogen trailer 10 is supplied to the hydraulically driven piston compressor 400 and is first compressed to be medium pressure storage tank 600. is saved as The hydrogen gas stored in the medium pressure storage tank 600 is re-supplied to the hydraulically driven piston compressor 400 to be stored in the high pressure storage tank 700 after secondary compression.

다음으로 제2고장모드(E2)의 경우에는 유압구동 피스톤 압축기(400)의 고장으로 인해 시스템이 정지되는 상황으로서, 제2슬라이딩모듈(510)을 조정하여 유압구동기로 동력전달이 차단되게 한 후에 시스템을 다시 재구동시키도록 한다. 시스템이 재구동되면 다이아프램 압축기(300)만이 운전되는 상태가 되며, 수소트레일러(10)의 수소가스는 다이아프램 압축기(300)로 공급되어 1차압축 후 중압저장탱크(600)에 저장되도록 운용한다.Next, in the case of the second failure mode (E2), the system is stopped due to a failure of the hydraulically driven piston compressor 400. After the second sliding module 510 is adjusted to cut off power transmission to the hydraulic actuator Restart the system again. When the system is restarted, only the diaphragm compressor 300 is operated, and the hydrogen gas of the hydrogen trailer 10 is supplied to the diaphragm compressor 300 and is operated to be stored in the medium pressure storage tank 600 after primary compression. do.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 다단 복합형 수소압축 시스템은 하나의 구동모터에 다이아프램 압축기와 유압구동 피스톤 압축기를 연결하여 동시에 압축기 2대를 운전하여 단계적으로 수소가스를 고압으로 압축할 수 있고, 양자 중 어느 하나가 고장이 나거나 유지보수를 위한 수리 내지 교체가 필요한 경우에는 어느 하나만이라도 가동할 수 있도록 함으로써 수소스테이션의 운영에 안정성과 효율성을 제공할 수 있다는 장점이 있다.As described above, in the multi-stage hybrid hydrogen compression system of the present invention, a diaphragm compressor and a hydraulically driven piston compressor are connected to one driving motor, and two compressors are simultaneously operated to compress hydrogen gas to a high pressure step by step, both There is an advantage in that it can provide stability and efficiency to the operation of the hydrogen station by allowing only one of them to be operated when any one of them breaks down or requires repair or replacement for maintenance.

본 발명은 수소스테이션을 구축하는 기본적인 설비로 활용될 수 있는 유용한 기술이다.The present invention is a useful technology that can be utilized as a basic facility for building a hydrogen station.

100 : 베드
200 : 구동모터 210 : 출력축
220 : 풀리 230 : 제1슬라이드모듈
231 : 슬라이드레일 232 : 레일가이드
233 : 고정수단 233a : 연결용 암
233b : 핀홀 233c : 고정핀
233d : 핀홈 240 : 설치판
300 : 다이아프램 압축기
400 : 유압구동 피스톤 압축기 450 : 유압구동기
500 : 동력전달부 510 : 제2슬라이드모듈
511 : 슬라이드레일 512 : 레일가이드
513 : 고정수단 513a : 연결용 암
513b : 핀홀 513c : 고정핀
513d : 핀홈 600 : 중압저장탱크
700 : 고압저장탱크 10 : 수소트레일러
C1 : 제커플링 C2 : 제2커플링
V : 벨트
N1 : 제1정상모드 N2 : 제2정상모드
E1 : 제1고장모드 E2 : 제2고장모드 100: bed
200: drive motor 210: output shaft
220: pulley 230: first slide module
231: slide rail 232: rail guide
233: fixing means 233a: connection arm
233b: pinhole 233c: fixing pin
233d: pin groove 240: mounting plate
300: diaphragm compressor
400: hydraulic driven piston compressor 450: hydraulic actuator
500: power transmission unit 510: second slide module
511: slide rail 512: rail guide
513: fixing means 513a: arm for connection
513b: pinhole 513c: fixing pin
513d: pin groove 600: medium pressure storage tank
700: high pressure storage tank 10: hydrogen trailer
C1: second coupling C2: second coupling
V: Belt
N1: first normal mode N2: second normal mode
E1 : 1st failure mode E2 : 2nd failure mode

Claims (5)

수소트레일러를 통해 수소스테이션으로 공급되는 수소를 증압하여 저장할 수 있도록 하는 수소압축 시스템으로서,
베드;
상기 베드의 일측에 설치되되, 출력축에 풀리가 연결되며 상기 풀리의 외측으로 제1커플링이 결합되도록 구성되는 구동모터;
상기 풀리와 벨트로 연결되어 동작되되, 상기 베드 위에서 제1축 방향으로 위치조정이 가능하도록 하는 제1슬라이드모듈을 갖는 다이아프램 압축기;
상기 베드 위에 상기 구동모터와 인접하여 배치되는 유압구동기(HPU);
상기 유압구동기에 의해 동작되는 유압구동 피스톤 압축기;
상기 유압구동기로 선택적인 동력전달이 가능하도록 상기 제1커플링에 대응하는 제2커플링을 갖추고 있는 동력전달부;
상기 다이아프램 압축기, 유압구동 피스톤 압축기와 배관으로 연결되는 중압저장탱크;
상기 유압구동 피스톤 압축기와 배관으로 연결되는 고압저장탱크;를 포함하여 상기 다이아프램 압축기와 상기 유압구동 피스톤 압축기의 동시 사용 또는 선택적 사용이 가능하도록 하는 다단 복합형 수소압축 시스템.As a hydrogen compression system that can store and increase the pressure of hydrogen supplied to a hydrogen station through a hydrogen trailer,
bed;
a driving motor installed on one side of the bed, a pulley connected to an output shaft, and a first coupling coupled to the outside of the pulley;
a diaphragm compressor connected to the pulley and the belt to operate, the diaphragm compressor having a first slide module that enables position adjustment in the first axial direction on the bed;
a hydraulic actuator (HPU) disposed adjacent to the driving motor on the bed;
a hydraulically driven piston compressor operated by the hydraulic actuator;
a power transmission unit having a second coupling corresponding to the first coupling so as to selectively transmit power to the hydraulic actuator;
a medium pressure storage tank connected to the diaphragm compressor and the hydraulically driven piston compressor through a pipe;
A multi-stage hybrid hydrogen compression system that enables simultaneous or selective use of the diaphragm compressor and the hydraulically driven piston compressor, including a high-pressure storage tank connected to the hydraulically driven piston compressor and a pipe. 제 1 항에 있어서,
상기 동력전달부는,
제2슬라이드모듈을 따라 위치 이동이 이루어지면서 상기 제1커플링과 제2커플링의 연결 또는 분리가 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 다단 복합형 수소압축 시스템.The method of claim 1,
The power transmission unit,
A multi-stage hybrid hydrogen compression system, characterized in that the first coupling and the second coupling are connected or separated while the position is moved along the second slide module. 제 2 항에 있어서,
상기 제1슬라이드모듈과 제2슬라이드모듈은,
하나 이상의 슬라이드레일;
상기 슬라이드레일에 끼워져 움직일 수 있는 레일가이드;
상기 다이아프램 압축기 또는 상기 동력전달부를 원하는 위치에 고정시킬 수 있도록 하는 고정수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 복합형 수소압축 시스템.3. The method of claim 2,
The first slide module and the second slide module,
one or more slide rails;
a rail guide inserted into the slide rail and movable;
and fixing means for fixing the diaphragm compressor or the power transmission unit to a desired position. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 다단 복합형 수소압축 시스템은,
두 가지 정상모드로 운전되되,
제1정상모드는 상기 수소트레일러의 수소가스가 상기 다이아프램 압축기로 공급되어 1차압축된 후 상기 중압저장탱크로 저장되고, 상기 중압저장탱크에 저장된 수소가스는 상기 유압구동 피스톤 압축기로 공급되어 2차압축된 후 상기 고압저장탱크에 저장되는 경로를 갖고,
제2정상모드는 상기 수소트레일러의 수소가스가 상기 다이아프램 압축기로 공급되어 1차압축된 후 상기 유압구동 피스톤 압축기로 공급되어 2차압축이 이루어진 다음 고압저장탱크로 저장되는 경로를 갖는 것을 특징으로 하는 다단 복합형 수소압축 시스템.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The multi-stage complex hydrogen compression system,
Operated in two normal modes,
In the first normal mode, the hydrogen gas of the hydrogen trailer is supplied to the diaphragm compressor and first compressed, and then stored in the medium pressure storage tank, and the hydrogen gas stored in the medium pressure storage tank is supplied to the hydraulically driven piston compressor 2 After differential compression has a path stored in the high-pressure storage tank,
In the second normal mode, the hydrogen gas of the hydrogen trailer is supplied to the diaphragm compressor and first compressed, and then is supplied to the hydraulically driven piston compressor to undergo secondary compression and then is stored in a high-pressure storage tank. A multi-stage complex hydrogen compression system. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 다단 복합형 수소압축 시스템은,
두 가지 고장모드로 운전되되,
제1고장모드는 상기 다이아프램 압축기의 고장으로 인해 시스템이 정지되면, 상기 제1슬라이딩모듈을 조정하여 상기 다이아프램 압축기로 연결된 벨트를 제거시키도록 한 후, 상기 시스템을 구동하도록 하여 상기 수소트레일러의 수소가스가 상기 유압구동 피스톤 압축기로 공급되게하여 1차압축 후 상기 중압저장탱크로 저장되게 하고, 상기 중압저장탱크에 저장된 수소가스를 상기 유압구동 피스톤 압축기로 재 공급하여 2차압축 후 상기 고압저장탱크로 저장되게 하는 경로를 갖고,
제2고장모드는 상기 유압구동 피스톤 압축기의 고장으로 인해 시스템이 정지되며, 상기 제2슬라이딩모듈을 조정하여 상기 유압구동기로 동력전달이 차단되게 한 후, 상기 시스템을 구동하도록하여 상기 수소트레일러의 수소가스가 상기 다이아프램 압축기로 공급되게 하여 1차압축 후 상기 중압저장탱크에 저장되게 하는 경로를 갖는 것을 특징으로 하는 다단 복합형 수소압축 시스템.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The multi-stage complex hydrogen compression system,
Operated in two failure modes,
In the first failure mode, when the system is stopped due to the failure of the diaphragm compressor, the first sliding module is adjusted to remove the belt connected to the diaphragm compressor, and then the system is driven to drive the hydrogen trailer. Hydrogen gas is supplied to the hydraulically driven piston compressor to be stored in the intermediate pressure storage tank after primary compression, and the hydrogen gas stored in the intermediate pressure storage tank is re-supplied to the hydraulically driven piston compressor after secondary compression and the high pressure storage having a path to be stored in a tank,
In the second failure mode, the system is stopped due to the failure of the hydraulically driven piston compressor, the power transmission to the hydraulic actuator is cut off by adjusting the second sliding module, and then the system is driven to drive the hydrogen of the hydrogen trailer A multi-stage hybrid hydrogen compression system, characterized in that it has a path in which gas is supplied to the diaphragm compressor and stored in the intermediate pressure storage tank after primary compression.
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