KR20230045338A - 잔류수소의 재이용 시스템 - Google Patents

Abstract

본 고안은 충전 후 디스펜서에 잔류하는 수소를 배출 없이 수집해서 저장탱크에 충전시키는 충전 후 잔류 수소의 재이용이 가능한 수소충전 시스템에 관한 것으로, 가스공급원의 수소가 저장탱크에 유입되도록 배관된 제1도관, 연료 전지 자동차의 충전을 위해서 상기 저장탱크의 수소가 유입되도록 배관된 제2도관, 상기 제2도관의 수소가 유입되도록 제2도관과 연통하게 연결된 충전도관과, 상기 제2도관에 대해 충전도관을 개폐하는 제1밸브가 구성된 디스펜서, 상기 제1밸브에 의해 폐쇄된 충전도관에 잔류하는 수소가 저장탱크에 유입되도록, 충전도관과 제1도관을 연통하게 연결하는 제1벤트라인이 구성된 리텐션을 포함하는 것이다.

Description

잔류수소의 재이용 시스템 {HYDROGEN CHARGING SYSTEM REUSING HYDROGEN LEFT}

본 발명은 수소충전 시스템에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 충전 후 디스펜서에 잔류하는 수소를 배출없이 수집해서 저장탱크에 충전시키는 충전 후 잔류 수소의 재이용 시스템에 관한 것이다.

산업 기술의 발전과 더불어 가솔린 또는 디젤 등을 원료로 하는 내연기관 차량과 산업용 내연기관 장비(이하 '자동차')가 급증하면서, 공기 중에는 자동차로부터 배출되는 배기가스의 비중이 증가하였고, 상기 배기가스에 포함된 이산화탄소(CO2), 질소산화물(NOX) 및 부유 입자상 물질(PM) 등에 의해서 지구 온난화와 대기 오염이 가속되었다. 이러한 문제를 해소하기 위해 종래에는 내연기관 자동차를 대신해서 내연기관과 전동모터를 혼용한 하이브리드 자동차 기술이 개발되었다. 그러나 하이브리드 자동차는 내연기관 자동차에 비해 고가이고 출력은 상대적으로 낮아서 운전자의 주목도가 높지 못했다. 또한 하이브리드 자동자는 내연기관을 탑재하므로, 배기가스 배출을 완전히 차단할 수 없었다. 이후 전동모터만을 사용하는 전기 자동차가 개발되었다. 하지만 전동모터 구동을 위해 전기를 공급하는 배터리는 전기 충전량에 한계가 있었고, 전동모터의 출력은 내연기관의 출력에 비해 상대적으로 낮았으며, 배터리를 충전할 수 있는 충전소 역시 충분히 보급되지 못하면서 배터리를 탑재한 전기 자동차 역시 운전자의 주목도가 높지 못했다. 전술한 문제들을 보완하기 위해서, 수소와 산소의 화학 반응을 통한 전기 에너지를 이용하여 구동하는 연료 전지 자동차(FCEV)가 착안되어 있다. 연료 전지 자동차는 이산화탄소는 물론 다른 유해 물질도 배출하지 않는다. 또한, 연료 전지 자동차는 가솔린 내연 기관형 자동차보다도 에너지 효율이 우수하는 등, 가솔린 내연 기관형 자동차에는 없는 다양한 이점을 갖고 있다. 한편, 연료 전지 자동차는, 수소 스테이션으로부터 수소 가스(이하 '수소')를 보급받는 타입과, 수소 이외의 연료를 보급받아 개질기에서 직접 수소를 제조하는 타입으로 구분되며, 공기 오염 개선과 연료 전지 자동차의 경량화 및 안정화를 고려할 때 수소 스테이션으로부터 수소를 보급받는 타입이 주목받고 있다. 따라서, 연료 전지 자동차와, 거기에 수소를 보급하기 위한 수소 스테이션의 연구, 개발이 서둘러지고 있다. 일반적으로 수소 스테이션은 수소를 저축하는 저장탱크와, 수소의 저축과 고압 유지를 위해서 수소를 압축하는 컴프레셔와, 압축된 수소를 냉각시키는 쿨러와, 연료 전지 자동차에 연결되어서 수소 공급을 제어하는 디스펜서로 크게 수성된다. 그런데 연료 전지 자동차의 충전구인 리셉터클과 직접 접촉해 연결되는 충전노즐은 충전호스를 통해 디스펜서 본체로부터 인출되고, 상기 충전호스와 연결된 디스펜서의 도관은 제어신호에 따라 개폐되므로, 연료 전지 자동차에 수소의 충전을 완료한 후에는 디스펜서에 구성된 충전노즐과 충전호스 및 도관 등에 고압의 수소가 잔류할 수 있다. 이렇게 잔류한 수소는 상대적으로 고압 상태이므로 디스펜서의 내압을 상승시키고, 유사시에는 고압의 수소가 폭발해서 수소 스테이션의 파손은 물론 인명 피해까지 일으키는 위험성이 있었다.

이에 본 발명은 상기의 문제를 해소하기 위한 것으로, 충전 후 디스펜서에 잔류하는 수소를 배출하지 않고 안전하게 수집해서 연료 전지 자동차의 수소 충전을 위해 저장탱크에 충전하는 수소충전 시스템의 제공을 해결하고자 하는 과제로 한다.

상기의 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 가스공급원의 수소가 저장탱크에 유입되도록 배관된 제1도관, 연료 전지 자동차의 충전을 위해서 상기 저장탱크의 수소가 유입되도록 배관된 제2도관; 상기 제2도관의 수소가 유입되도록 제2도관과 연통하게 연결된 충전도관과, 상기 제2도관에 대해 충전도관을 개폐하는 제1밸브가 구성된 디스펜서 및 상기 제1밸브에 의해 폐쇄된 충전도관에 잔류하는 수소가 저장탱크에 유입되도록, 충전도관과 제1도관을 연통하게 연결하는 제1벤트라인이 구성된 리텐션을 포함하는 충전 후 잔류 수소의 재이용이 가능한 수소충전 시스템이다.

상기의 본 발명은, 연료 전지 자동차의 수소 충전 후 디스펜서에 잔류하는 수소를 배출하지 않고 안전하게 수집해서 후속 연료 전지 자동차의 수소 충전을 위해 저장탱크에 충전하므로, 배출된 가연성 수소에 의한 화재 발생위험을 줄이고, 고순도 수소의 단순 방류로 인한 비효율성을 해소하며, 저류 수소가 부족한 저장탱크를 충전해서 수소의 소비 효율을 높이는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 수소충전 시스템의 바람직한 일실시 행태를 도시한 도면

이하에, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 실시의 수소충전 시스템은, 가스공급원(S)의 수소가 저장탱크(30)에 유입되도록 배관된 제1도관(10); 연료 전지 자동차(C)의 충전을 위해서 저장탱크(30)의 수소가 유입되도록 배관된 제2도관(40); 제2도관(40)의 수소가 유입되도록 제2도관(40)과 연통하게 연결된 충전도관(51)과, 제2도관(40)에 대해 충전도관(51)을 개폐하는 제1밸브(53)가 구성된 디스펜서(50); 제1밸브(53)에 의해 폐쇄된 충전도관(51)에 잔류하는 수소가 저장탱크(30)에 유입되도록, 충전도관(51)과 제1도관(10)을 연통하게 연결하는 제1벤트라인(61)이 구성된 리텐션(60);을 포함한다. 제1도관(10)은 일단이 가스공급원(S)과 연통하게 연결되고, 타단이 저장탱크(30)와 연통하게 연결된다. 따라서 가스공급원(S)의 수소는 제1도관(10)을 통해 저장탱크(30)로 유입된다. 참고로, 제1도관(10)과 제2도관(40)과 충전도관(51)과 제1벤트라인(61) 및 기타 하기하는 유로는 유동하는 수소의 상대적 고압을 지탱해야 하므로, 강관과 같이 내압과 강도가 우수한 금속재질이다. 본 실시에서 제1도관(10)의 수소는 대략 180bar의 기압으로 유동한다. 수소 스테이션은 주유소와 같이 연료 전지 자동차의 수소 충전을 위한 것이므로, 차량 통행이 가능한 구역 곳곳에 설치된다. 따라서 수소 스테이션의 가스공급원(S)은 수소튜브트레일러와 같은 차량이 적용되고, 가스공급원(S)과의 연결을 위해서 제1도관(10)의 일단에는 가스공급원(S)의 리셉터클과 접촉해 연결되는 커플러가 설치될 수 있다.

10; 제1도관 11; 밸브 12; 체크밸브
13; 쿨러 131; 냉매관 132; 냉각기
20; 제1컴프레셔 30; 저장탱크 31; 저류조
32, 32a, 32b; 제3밸브 33, 33a, 33b; 제4밸브 34, 34a, 34b; 체크밸브
35; 제2벤트라인 35a; 밸브 35b; 체크밸브
40; 제2도관 41; 필터 42; 제2컴프레셔
43; 쿨러 44; 컴프레셔 45; 쿨러
50; 디스펜서 51; 충전도관 52; 계량기
53; 제1밸브 54; 쿨러 55; 차단밸브
56; 충전호스 57; 충전노즐 60; 리텐션
61; 제1벤트라인 62; 체크밸브 63; 제1저류탱크
64; 부스터 펌프 65; 제2저류탱크 66; 제2밸브
67; 체크밸브 70; 기압유지장치 71, 71'; 축압조
72, 72'; 제5밸브 73, 73'; 제6밸브 74; 체크밸브
C; 연료 전지 자동차 S; 가스공급원

Claims (1)

1. 가스공급원의 수소가 저장탱크에 유입되도록 배관된 제1도관 연료 전지 자동차의 충전을 위해서 상기 저장탱크의 수소가 유입되도록 배관된 제2도관 상기 제2도관의 수소가 유입되도록 제2도관과 연통하게 연결된 충전도관과, 상기 제2도관에 대해 충전도관을 개폐하는 제1밸브가 구성된 디스펜서 및 상기 제1밸브에 의해 폐쇄된 충전도관에 잔류하는 수소가 저장탱크에 유입되도록, 충전도관과 제1도관을 연통하게 연결하는 제1벤트라인이 구성된 리텐션을 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 후 잔류 수소의 재이용이 가능한 수소충전 시스템. 상기 리텐션은, 상기 제1벤트라인을 따라 유입된 수소를 저축하는 제1저류탱크와, 상기 제1저류탱크가 흡기를 위해 저압 상태를 유지하도록 제1저류탱크의 수소를 펌핑하는 부스터 펌프와, 상기 부스터 펌프가 펌핑한 수소를 저축하는 제2저류탱크와, 상기 제1도관에 대해 제2저류탱크를 개폐하는 제2밸브가 구성된 것을 특징으로 하는 충전 후 잔류 수소의 재이용이 가능한 수소충전 시스템. 상기 가스공급원과 리텐션으로부터 제1도관에 유입된 수소를 압축하는 제1컴프레셔가 더 포함된 것을 특징으로 하는 충전 후 잔류 수소의 재이용이 가능한 수소충전 시스템.

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