KR20230151319A - Flowmeter Performance Evaluation System And Flowmeter Performance Evaluation Method Of Hydrogen Refueling Station - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유체 충전소의 유량계 성능 평가 시스템에 있어서, 유체를 저장하는 저장탱크와 저장탱크의 내부의 온도를 측정하는 온도센서를 구비한 저장모듈; 상기 저장모듈에 저장할 유체를 압축하는 압축모듈; 상기 압축된 유체를 차량모듈에 충전해주는 충전모듈; 상기 충전모듈로 이송되는 유체를 냉각하는 냉각모듈; 및
상기 충전모듈로 이송되는 유체의 유량을 측정하는 기준 유량계를 포함하며; 상기 차량모듈은, 상기 이송받은 유체를 저장하는 차량탱크; 상기 차량탱크의 무게를 측정하는 저울; 및 상기 차량탱크와 일체형으로 구비되며 내부 온도를 측정하는 온도센서와 내부 압력을 측정하는 압력 센서를 포함하며; 상기 충전모듈은 상기 유량계 성능 평가 시, 상기 온도센서의 온도 측정값을 이용하여 상기 냉각모듈로부터 충전모듈로 이송되는 유체의 온도를 조절하는 제어부를 포함하는, 유체 충전소의 유량계 성능 평가 시스템 을 제안한다.The present invention provides a flow meter performance evaluation system for a fluid filling station, comprising: a storage tank for storing fluid and a storage module having a temperature sensor for measuring the temperature inside the storage tank; A compression module that compresses the fluid to be stored in the storage module; A charging module that charges the compressed fluid to the vehicle module; a cooling module that cools the fluid transferred to the charging module; and
It includes a reference flow meter that measures the flow rate of the fluid transferred to the charging module; The vehicle module includes a vehicle tank that stores the transferred fluid; A scale that measures the weight of the vehicle tank; And it is provided integrally with the vehicle tank and includes a temperature sensor for measuring the internal temperature and a pressure sensor for measuring the internal pressure; The charging module proposes a flowmeter performance evaluation system for a fluid charging station, including a control unit that controls the temperature of the fluid transferred from the cooling module to the charging module using the temperature measurement value of the temperature sensor when evaluating the flowmeter performance. .
Description
본 발명은 정부, 수소경제 활성화 로드맵 발표에 따라 2040년까지 1,200개소로 전국 확산 보급될 수소충전소의 유량계 성능을 평가할 수 있는 장치의 에너지절감 운영방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 수소충전소 유량계는 수소가스 상거래에서 매우 중요한 부품이며 일정 수준 이상의 계량 성능을 유지할 수 있는 관리 및 평가 체계가 요구된다. 이에 한국가스공사에서는 수소충전소 유량계 평가장치를 개발하였으며, 이는 수소충전소에 활용되는 유량계의 비교식, 중량식 평가가 가능한 장치이다. 일반적으로 가스의 차압충전시 저장탱크의 보호를 위하여(Type 4기준) 차량탱크의 내부온도가 70℃를 넘지 않도록 냉각장치 상시 가동하여 -40℃ 냉각후 충전이 이루어 진다. 하지만 본 발명은 탱크의 온도센서를 통하여 실시간으로 탱크 내부 및 외기 온도를 측정하고 이를 통하여 냉각장치의 부하를 -40℃~0℃ 사이에서 제어하여 차량탱크의 안전범위 내에서 운영하는 방법이다.The present invention relates to an energy-saving operation method of a device that can evaluate the flow meter performance of hydrogen charging stations, which will be distributed nationwide to 1,200 locations by 2040 according to the government's announcement of a roadmap for revitalizing the hydrogen economy. More specifically, hydrogen charging station flow meters are very important components in hydrogen gas commerce, and a management and evaluation system that can maintain metering performance above a certain level is required. Accordingly, Korea Gas Corporation developed a hydrogen charging station flowmeter evaluation device, which is a device that allows comparative and gravimetric evaluation of the flowmeters used in hydrogen charging stations. Generally, in order to protect the storage tank when charging differential pressure of gas (based on Type 4), the cooling device is always operated to ensure that the internal temperature of the vehicle tank does not exceed 70℃, and charging is performed after cooling to -40℃. However, the present invention is a method of operating within the safety range of the vehicle tank by measuring the tank's internal and external temperature in real time through the tank's temperature sensor and controlling the load of the cooling device between -40℃ and 0℃ through this.
세계적으로 에너지 자원 감소 및 탄소배출량 저감에 대한 관심이 고조되고 있으며, 친환경자동차에 대한 필요성이 증가하고 있다.Globally, interest in reducing energy resources and carbon emissions is increasing, and the need for eco-friendly vehicles is increasing.
궁극적인 친환경자동차로서 수소자동차가 관심을 끌고 있고, 운송수단 방면에서 상술한 문제점을 해결하기 위한 좋은 대안이 되고 있다.Hydrogen vehicles are attracting attention as the ultimate eco-friendly vehicle and are becoming a good alternative to solve the above-mentioned problems in transportation.
수소자동차는 수소를 연료로 엔진을 구동하는 방식과 수소로 전기를 생산하고 생산된 전기를 배터리에 충전시켜 모터를 움직이는 수소전기자동차 또는 수소연료전지자동차로 나누어질 수 있다.Hydrogen vehicles can be divided into those that use hydrogen as fuel to drive the engine, and those that produce electricity with hydrogen and charge the battery with the generated electricity to drive the motor, or hydrogen fuel cell vehicles.
수소자동차는 초기 시장이 열린 상태이며, 이를 본격화하기 위한 수소충전 인프라 구축이 이슈가 되고 있다.The initial market for hydrogen vehicles is open, and building a hydrogen charging infrastructure to launch it is becoming an issue.
정부, 수소경제 활성화 로드맵에 따르면 향후 수소충전소는 2022년까지 310개소 2040년 까지 1,200개서로 대폭 활산될 전망이며, 수소연료전지자동차(FCEV, 수소차)는 2040년까지 택시 8만대 버스 및 상용차 7만대가 보급될 전망이다. 승용차인 경우 2020년 10월 기준 국내 수소차 제조사 누적 판매대수가(수출포함) 1만대를 넘어섰다. 또한 국내 수소가스 공급은 2018년도 연간 13만톤 수준에서 2040년까지 526만톤 이상으로 확대 보급될 계획이다. 이토록 수소경제 활성화는 국제사회가 요구하는 탄소저감 할당량 해소와 해외 에너지 의존도 감소 등 많은 이점을 가지고 있다. According to the government's roadmap for revitalizing the hydrogen economy, the number of hydrogen charging stations in the future is expected to increase significantly from 310 by 2022 to 1,200 by 2040, and hydrogen fuel cell vehicles (FCEVs) will increase to 80,000 taxis, buses, and commercial vehicles by 2040. It is expected that 10,000 units will be distributed. In the case of passenger cars, the cumulative sales volume (including exports) of domestic hydrogen car manufacturers exceeded 10,000 units as of October 2020. In addition, domestic hydrogen gas supply is planned to expand from 130,000 tons per year in 2018 to more than 5.26 million tons by 2040. Revitalizing the hydrogen economy has many advantages, including resolving carbon reduction quotas required by the international community and reducing dependence on foreign energy.
하지만 향후 수소가스의 활용 계획에 비교하여 현재 수소충전소의 디스펜서 계량값과 질량유량계 사이의 오차가 최대 약 20%까지 발생하며 해당 손실이 각 사업주 및 소비자에 불확실하게 전가되는 문제점이 발생하고 있다. 이에 수소충전소의 정확한 계량을 위한 유량계의 평가 시스템이 요구된다.However, compared to future hydrogen gas utilization plans, the error between the dispenser measurement value and the mass flow meter at the current hydrogen charging station occurs up to approximately 20%, and the problem is that the loss is uncertainly passed on to each business owner and consumer. Accordingly, a flow meter evaluation system for accurate metering at hydrogen charging stations is required.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 발명된 것으로, 현재 수소차 충전소에서 사용하고 있는 유량계 성능을 객관적으로 시험하는 과정에서 냉각기에 -40℃의 부하가 지속적으로 걸리는 운전이 아닌 저장탱크 와 차량탱크의 내부 온도를 센서를 통하여 실시간으로 확인하며 평가 당시의 상황에 맞춰 냉각기의 부하를 조절함으로 보다 에너지 효율성이 높은 운영이 가능한 수소충전소의 유량계 성능 평가 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention was invented to improve the above problems. In the process of objectively testing the performance of the flow meter currently used in hydrogen vehicle charging stations, the storage tank and vehicle are not operated with a continuous load of -40°C on the cooler. The purpose is to provide a flow meter performance evaluation system and method for a hydrogen charging station that allows for more energy-efficient operation by checking the internal temperature of the tank in real time through a sensor and adjusting the load of the cooler according to the situation at the time of evaluation.
상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 수소충전소의 유량계 성능 평가 시스템 및 방법은, 유체를 저장하는 저장탱크와 저장탱크의 내부의 온도를 측정하는 온도센서를 구비한 저장모듈; 상기 저장모듈에 저장할 유체를 압축하는 압축모듈; 상기 압축된 유체를 차량모듈에 충전해주는 충전모듈; 상기 충전모듈로 이송되는 유체를 냉각하는 냉각모듈; 및 상기 충전모듈로 이송되는 유체의 유량을 측정하는 기준 유량계를 포함하며; 상기 차량모듈은, 상기 이송받은 유체를 저장하는 차량탱크; 상기 차량탱크의 무게를 측정하는 저울; 및 상기 차량탱크와 일체형으로 구비되며 내부 온도를 측정하는 온도센서와 내부 압력을 측정하는 압력 센서를 포함하며; 상기 충전모듈은 상기 유량계 성능 평가 시, 상기 온도센서의 온도 측정값을 이용하여 상기 냉각모듈로부터 충전모듈로 이송되는 유체의 온도를 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the problems described above, the flow meter performance evaluation system and method of a hydrogen charging station according to the present invention includes a storage tank for storing fluid and a storage module having a temperature sensor for measuring the temperature inside the storage tank; A compression module that compresses the fluid to be stored in the storage module; A charging module that charges the compressed fluid into the vehicle module; a cooling module that cools the fluid transferred to the charging module; and a reference flow meter that measures the flow rate of the fluid transferred to the charging module; The vehicle module includes a vehicle tank that stores the transferred fluid; A scale that measures the weight of the vehicle tank; And it is provided integrally with the vehicle tank and includes a temperature sensor that measures the internal temperature and a pressure sensor that measures the internal pressure; The charging module is characterized by including a control unit that adjusts the temperature of the fluid transferred from the cooling module to the charging module using the temperature measurement value of the temperature sensor when evaluating the flow meter performance.
바람직하게는, 상기 충전모듈로 이송되는 유체는 압축모듈을 통과하여 저장모듈에 저장되고, 상기 기준 유량계는, 냉각모듈의 전단 또는 후단에 구비되어, 기준 유량계 및 냉각모듈을 순서대로 통과하거나, 상기 냉각모듈 및 기준 유량계를 순서대로 통과한 후 이송되며, 상기 제어부는, 상기 유체가 상기 저장모듈에서 기준 유량계 및 냉각모듈을 통과하는 순서에 관계없이, 상기 온도센서의 온도 측정값에 따라 상기 냉각모듈의 부하를 조절하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the fluid transferred to the charging module passes through the compression module and is stored in the storage module, and the reference flow meter is provided at the front or rear end of the cooling module and passes through the reference flow meter and the cooling module in order, or It is transferred after passing through the cooling module and the reference flow meter in order, and the control unit controls the cooling module according to the temperature measurement value of the temperature sensor, regardless of the order in which the fluid passes from the storage module to the reference flow meter and cooling module. It is characterized by controlling the load.
또한 바람직하게는, 상기 제어부는, 상기 저울로부터 상기 차량탱크의 무게 측정값을 전송받아 상기 저장모듈로부터 차량탱크로 이송된 유체의 질량을 산출하고, 상기 유체 충전소에 구비된 유량계로부터 제1 측정값 및 상기 기준 유량계로부터 제2 측정값을 전송받아 수학식 1 및 수학식 2를 이용하여 제1 결과값과 제2 결과값을 비교하여 상기 유체 충전소의 유량계의 정확도를 평가하는 것을 특징으로 한다.Also preferably, the control unit receives the weight measurement value of the vehicle tank from the scale, calculates the mass of fluid transferred from the storage module to the vehicle tank, and receives a first measurement value from a flow meter provided in the fluid filling station. and receiving a second measured value from the reference flow meter and comparing the first and second result values using Equation 1 and Equation 2 to evaluate the accuracy of the flow meter of the fluid filling station.
[수학식 1][Equation 1]
제2 측정값 - 제1 측정값 = 제1 결과값2nd measurement - 1st measurement = 1st result
[수학식 2][Equation 2]
질량 산출값 - 제1 측정값 = 제2 결과값Mass output - first measurement = second result
또한 바람직하게는, 유체 충전소의 유량계 성능 평가 시스템을 이용한 성능 평가 방법에 있어서, 상기 저장모듈의 저장탱크 및 차량모듈의 차량탱크에 각각 구비된 온도센서를 이용하여 측정한 저장탱크 및 차량탱크의 내부 온도를 상기 제어부로 전송하고, 상기 냉각모듈의 부하를 조절하여, 상기 차량모듈로 이송되는 유체의 온도를 제어하여 상기 차량탱크의 안전범위 내에서 저장시키는 것을 특징으로 한다.Also preferably, in the performance evaluation method using the flow meter performance evaluation system of the fluid filling station, the inside of the storage tank and the vehicle tank measured using temperature sensors provided in the storage tank of the storage module and the vehicle tank of the vehicle module, respectively. The temperature is transmitted to the control unit, the load of the cooling module is adjusted, and the temperature of the fluid transferred to the vehicle module is controlled and stored within the safety range of the vehicle tank.
또한 바람직하게는, 상기 압축모듈을 이용하여 압축한 유체를 상기 차량모듈의 차량탱크 내부압력이 제1 압력이 될 때까지 충전하여 상기 차량탱크의 제1 무게를 측정하고, 상기 차량탱크 내부압력이 제2 압력이 될 때까지 충전하면서 상기 차량탱크로 이송되는 유체의 유량을 상기 유량계 및 기준 유량계를 이용하여 측정하고, 상기 차량탱크의 제2 무게를 측정하고, 상기 제2 무게와 제1 무게의 차이를 이용하여 상기 차량탱크에 충전된 유체의 질량을 산출하고, 상기 제어부는, 상기 유량계의 측정값과 기준 유량계의 측정값의 차이와, 상기 질량 산출값을 비교하여 상기 유량계의 성능을 평가하는 것을 특징으로 한다.Also preferably, the fluid compressed using the compression module is charged until the internal pressure of the vehicle tank of the vehicle module becomes the first pressure to measure the first weight of the vehicle tank, and the internal pressure of the vehicle tank is While charging until the second pressure is reached, the flow rate of the fluid transferred to the vehicle tank is measured using the flow meter and the reference flow meter, the second weight of the vehicle tank is measured, and the difference between the second weight and the first weight is measured. The difference is used to calculate the mass of the fluid filled in the vehicle tank, and the control unit evaluates the performance of the flow meter by comparing the difference between the measured value of the flow meter and the measured value of the reference flow meter and the calculated mass value. It is characterized by
본 발명을 활용하여 현재 수소차 충전소에서 사용하고 있는 유량계 성능을 객관적으로 시험하는 과정에서 냉각기에 -40℃의 부하가 지속적으로 걸리는 운전이 아닌 저장탱크와 차량탱크의 내부 온도를 센서를 통하여 실시간으로 확인하며 평가 당시의 상황에 맞춰 냉각기의 부하를 조절함으로 보다 에너지 효율성이 높은 운영이 가능한 효과를 가진다.In the process of objectively testing the performance of the flow meter currently used at the hydrogen vehicle charging station using the present invention, the internal temperature of the storage tank and vehicle tank is measured in real time through a sensor, rather than driving with a continuous load of -40°C on the cooler. By checking and adjusting the load of the cooler according to the situation at the time of evaluation, more energy-efficient operation is possible.
도 1은 본 발명에 따른 수소충전소의 유량계 평가 시스템의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 온도센서를 통한 수소충전소의 유량계 평가 시스템의 유량 검증 개념을 나타내는 도면이다.
도 3은 계절별 온도변화에 따른 수소충전 실험을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 냉각모듈 온도 설정변화에 따른 실험을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 평가결과를 반영하여 유량계의 보정을 위한 활용을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 수소충전소의 유량계 성능 평가 방법을 나타내는 순서도이다.Figure 1 is a block diagram of a flow meter evaluation system for a hydrogen charging station according to the present invention.
Figure 2 is a diagram showing the concept of flow rate verification of the flow meter evaluation system of a hydrogen charging station using a temperature sensor according to the present invention.
Figure 3 is a diagram showing a hydrogen charging experiment according to seasonal temperature changes.
Figure 4 is a diagram showing an experiment according to change in cooling module temperature setting according to the present invention.
Figure 5 is a diagram showing the use for calibration of a flow meter by reflecting the evaluation results according to the present invention.
Figure 6 is a flowchart showing a method for evaluating flow meter performance of a hydrogen charging station according to the present invention.
이하, 본 발명에 따른 수소충전소의 유량계 성능 평가 시스템 및 방법을 첨부도면을 참조로 상세히 설명한다.Hereinafter, the flow meter performance evaluation system and method of a hydrogen charging station according to the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.The advantages and features of the present invention and how to achieve it will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings.
그러나 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and will be implemented in various different forms, but the present embodiments only serve to ensure that the disclosure of the present invention is complete, and that the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, and is provided by those skilled in the art. It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우, 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.Additionally, in describing the present invention, if it is determined that related known techniques may obscure the gist of the present invention, detailed description thereof will be omitted.
본 발명에 따른 수소충전소의 유량계 성능 평가 시스템은 도 1 내지 도 5를 참조하면, 압축모듈(100), 저장모듈(200), 냉각모듈(300), 충전모듈(400) 및 차량모듈(500)을 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1 to 5, the flow meter performance evaluation system of the hydrogen charging station according to the present invention includes a compression module 100, a storage module 200, a cooling module 300, a charging module 400, and a vehicle module 500. may include.
압축모듈(100)은 저장모듈(200)에 저장할 유체를 압축기(110)를 통해 압축하며, 저장모듈(200)은, 유체를 저장하는 저장탱크(210)와 저장탱크(210)의 내부의 온도를 측정하는 온도센서(215)를 구비한다.The compression module 100 compresses the fluid to be stored in the storage module 200 through the compressor 110, and the storage module 200 measures the storage tank 210 for storing the fluid and the internal temperature of the storage tank 210. It is provided with a temperature sensor 215 that measures.
또한, 충전모듈(400)은 압축된 유체를 차량모듈(500)에 충전해주며, 저장모듈(200)에서 충전모듈(500)로 이송되는 유체를 냉각모듈(300)의 냉각기(310)를 통해 냉각할 수 있다.In addition, the charging module 400 charges the vehicle module 500 with compressed fluid, and transfers the fluid from the storage module 200 to the charging module 500 through the cooler 310 of the cooling module 300. It can be cooled.
이때, 저장모듈(200)의 전단에는 압축모듈(100)에서 저장모듈(200)로 이송되는 유체의 유량을 측정하는 유량계(130)가 구비될 수 있으며, 충전모듈(400)로 이송되는 유체의 유량을 측정하는 기준 유량계(330)가 구비될 수 있다.At this time, a flow meter 130 may be provided at the front of the storage module 200 to measure the flow rate of the fluid transferred from the compression module 100 to the storage module 200, and the flow meter 130 may be provided to measure the flow rate of the fluid transferred to the charging module 400. A reference flow meter 330 that measures flow rate may be provided.
또한, 차량모듈(500)은, 이송받은 유체를 저장하는 차량탱크(510)와, 차량탱크(510)의 무게를 측정하는 저울(520) 및 차량탱크(510)와 일체형으로 구비되며 내부 온도를 측정하는 온도센서(515)와 내부 압력을 측정하는 압력 센서(미도시)를 포함할 수 있다.In addition, the vehicle module 500 is equipped with a vehicle tank 510 that stores the transferred fluid, a scale 520 that measures the weight of the vehicle tank 510, and the vehicle tank 510 and is integrated with the vehicle tank 510 to control the internal temperature. It may include a temperature sensor 515 that measures temperature and a pressure sensor (not shown) that measures internal pressure.
또한, 충전모듈(400)은 유량계 성능 평가 시, 온도센서(515)의 온도 측정값을 이용하여 냉각모듈(300)로부터 충전모듈(400)로 이송되는 유체의 온도를 조절하는 제어부(450)를 포함할 수 있다.In addition, when evaluating flow meter performance, the charging module 400 includes a control unit 450 that adjusts the temperature of the fluid transferred from the cooling module 300 to the charging module 400 using the temperature measurement value of the temperature sensor 515. It can be included.
또한, 충전모듈(400)로 이송되는 유체는 압축모듈(100)을 통과하여 저장모듈(200)에 저장되고, 기준 유량계(330)는, 냉각모듈(300)의 전단 또는 후단에 구비되어, 기준 유량계(330) 및 냉각모듈(300)을 순서대로 통과하거나, 냉각모듈(300) 및 기준 유량계(330)를 순서대로 통과한 후 이송될 수 있다.In addition, the fluid transferred to the charging module 400 passes through the compression module 100 and is stored in the storage module 200, and the reference flow meter 330 is provided at the front or rear end of the cooling module 300, It may pass through the flow meter 330 and the cooling module 300 in order, or may be transferred after passing through the cooling module 300 and the reference flow meter 330 in order.
또한, 제어부(450)는, 유체가 저장모듈(200)에서 기준 유량계(330) 및 냉각모듈(300)을 통과하는 순서에 관계없이, 온도센서(515)의 온도 측정값에 따라 냉각모듈(300)의 부하를 조절하는 것을 특징으로 한다.In addition, the control unit 450 controls the cooling module 300 according to the temperature measurement value of the temperature sensor 515, regardless of the order in which the fluid passes from the storage module 200 to the reference flow meter 330 and the cooling module 300. ) is characterized by controlling the load.
또한 제어부(450)는, 저울(520)로부터 차량탱크(510)의 무게 측정값을 전송받아 저장모듈(200)로부터 차량탱크(510)로 이송된 유체의 질량을 산출하고, 상기 유체 충전소에 구비된 유량계(130)로부터 제1 측정값 및 기준 유량계(330)로부터 제2 측정값을 전송받아 수학식 1 및 수학식 2를 이용하여 제1 측정값과 제2 측정값 및 질량 산출값을 통해 유체 충전소의 유량계의 정확도를 평가할 수 있다.In addition, the control unit 450 receives the weight measurement value of the vehicle tank 510 from the scale 520 and calculates the mass of the fluid transferred from the storage module 200 to the vehicle tank 510, provided at the fluid filling station. Receive the first measured value from the flow meter 130 and the second measured value from the reference flow meter 330, and use Equation 1 and Equation 2 to calculate the fluid through the first measured value, the second measured value, and the mass calculation value. The accuracy of the flow meter of the charging station can be evaluated.
[수학식 1][Equation 1]
제2 측정값 - 제1 측정값 = 제1 결과값2nd measurement - 1st measurement = 1st result
[수학식 2][Equation 2]
질량 산출값 - 제1 측정값 = 제2 결과값Mass output - first measurement = second result
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 저장모듈(200)의 저장탱크(210) 및 차량모듈(500)의 차량탱크(510)에 각각 구비된 온도센서(215, 515)를 이용하여 측정한 저장탱크(210) 및 차량탱크(510)의 내부 온도를 제어부(450)로 전송하고, 제어부(450)에서 냉각모듈(310)의 부하를 조절하여, 차량모듈(500)로 이송되는 유체의 온도를 제어하여 차량탱크(510)의 안전범위 내에서 유체를 저장시킬 수 있다.In addition, as shown in FIG. 2, storage measured using temperature sensors 215 and 515 provided in the storage tank 210 of the storage module 200 and the vehicle tank 510 of the vehicle module 500, respectively. The internal temperature of the tank 210 and the vehicle tank 510 is transmitted to the control unit 450, and the control unit 450 adjusts the load of the cooling module 310 to adjust the temperature of the fluid transferred to the vehicle module 500. By controlling the fluid, it is possible to store it within the safety range of the vehicle tank 510.
보다 구체적으로는, 저장탱크(210)의 온도센서(215)를 통해 저장탱크(210) 내부의 온도를 실시간으로 측정하고, 충전모듈(400)의 온도센서(415)를 통해 차량모듈(500)로 주입되는 유체의 온도를 실시간으로 측정하며, 차량탱크(510)의 온도센서(515)를 통해 차량탱크 내부의 온도를 실시간으로 측정하여 모니터링 할 수 있다. More specifically, the temperature inside the storage tank 210 is measured in real time through the temperature sensor 215 of the storage tank 210, and the vehicle module 500 is measured through the temperature sensor 415 of the charging module 400. The temperature of the fluid injected into the vehicle is measured in real time, and the temperature inside the vehicle tank can be measured and monitored in real time through the temperature sensor 515 of the vehicle tank 510.
이것에 의해 충전이 진행되기 전과 진행 중 탱크 내부 온도를 측정하고 주입되는 유체의 온도를 실시간으로 측정하여 냉각모듈의 부하를 조절할 수 있다.This allows the load of the cooling module to be adjusted by measuring the temperature inside the tank before and during charging and measuring the temperature of the injected fluid in real time.
유체의 온도를 제어하는 저장시키는 이유는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 계절별 온도변화에 따른 실험을 살펴보면, 수소차에 사용되는 차량탱크(510)는 Type 4 탱크로 내부온도가 권장사용 온도는 70℃이며, ISO에서는 85℃이하에서 사용을 권고하고 있다.The reason for controlling and storing the temperature of the fluid is as shown in FIGS. 3 to 5. Looking at experiments according to seasonal temperature changes, the vehicle tank 510 used in hydrogen vehicles is a Type 4 tank with an internal temperature of recommended use. The temperature is 70℃, and ISO recommends use below 85℃.
간절기 냉각모듈의 운영에 따른 차량탱크 내부 온도변화를 확인해보면, 충전시 탱크에 이상이 없음을 알 수 있으며, 혹서기 냉동기 운영에 따른 차량탱크 내부 온도변화를 확인해보면, 탱크에 이상은 없으나 한계온도에 근접함을 알 수 있다.If you check the temperature change inside the vehicle tank due to the operation of the cooling module in the inter-season, you can see that there is no problem with the tank when charging. If you check the temperature change inside the vehicle tank due to the operation of the refrigerator in the hot weather, you can see that there is no problem in the tank, but the temperature limit is below the limit. You can tell it's close.
따라서, 도 4를 참조하여 냉각모듈 온도 설정변화에 따른 실험을 살펴보면, 저장탱크 및 차량탱크에 각각 구비된 온도센서를 활용하여 온도변화에 따른 오차율을 확인하여 유량계 교정 및 오차율 감소시킬 수 있다.Therefore, looking at the experiment according to the change in the cooling module temperature setting with reference to FIG. 4, the error rate according to the temperature change can be confirmed by using the temperature sensor provided in each of the storage tank and the vehicle tank to calibrate the flow meter and reduce the error rate.
기존 수소충전소 및 평가장치 OPEX 중 냉동기 및 압축기가 대부분의 비율을 차지한다.(냉동기 용량: 35kW/hr)Among the OPEX of existing hydrogen charging stations and evaluation devices, refrigerators and compressors account for the majority. (Refrigerator capacity: 35kW/hr)
본 발명에서는 주변 온도변화의 실시간 모니터링을 통하여 냉동기 부하조절이 가능하며, 이로 인해 에너지 절감이 가능한 효율적인 평가 시스템 운영이 가능하다.In the present invention, it is possible to control the load of the refrigerator through real-time monitoring of changes in ambient temperature, which makes it possible to operate an efficient evaluation system that can save energy.
따라서 도 5에 도시된 바와 같이 온도에 따른 평가 결과를 반영하여 유량계의 보정 및 평가 시 활용이 가능하다.Therefore, as shown in FIG. 5, it is possible to reflect the evaluation results according to temperature and use them when calibrating and evaluating the flow meter.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 유체 충전소의 유량계 성능 평가 시스템을 이용한 성능 평가 방법에 있어서, 저장탱크(210)에 구비되어 저장탱크 내부의 실시간 온도를 측정하는 온도센서(215)와 충전모듈(400)에 구비되어 유체 주입 시 유체의 실시간 온도를 측정하는 온도센서(415)와 차량탱크(510)에 구비되어 차량탱크 내부의 실시간 온도를 측정하는 온도센서(515)의 측정값을 제어부로 전송하는 측정값을 제어부로 전송하는 단계(S101)와 측정된 값을 비교 판단하는 비교 판단 단계(S102)와 비교 판단 결과 유량계 성능을 평가하는 유량계 성능 평가 단계(S103)을 포함할 수 있다.In addition, as shown in FIG. 6, in the performance evaluation method using the flow meter performance evaluation system of the fluid filling station, a temperature sensor 215 and a charging module provided in the storage tank 210 to measure the real-time temperature inside the storage tank The measured values of the temperature sensor 415, which is provided in (400) and measures the real-time temperature of the fluid when the fluid is injected, and the temperature sensor 515, which is provided in the vehicle tank 510 and measures the real-time temperature inside the vehicle tank, are transmitted to the control unit. It may include a step of transmitting the measured value to the control unit (S101), a comparison judgment step of comparing and judging the measured values (S102), and a flow meter performance evaluation step of evaluating the flow meter performance as a result of the comparison judgment (S103).
즉, 측정값을 제어부로 전송하는 단계(S101)은 저장모듈의 저장탱크 및 차량모듈의 차량탱크와 충전모듈에 각각 구비된 온도센서를 이용하여 측정한 저장탱크 및 차량탱크의 내부 온도와 유체 주입 시 측정된 온도를 제어부로 전송하고, 측정된 값을 비교하여 냉각모듈(300)의 부하를 조절하고, 차량모듈(500)로 이송되는 유체의 온도를 제어하여 차량탱크(510)의 안전범위 내에서 저장시킬 수 있다.That is, the step of transmitting the measured value to the control unit (S101) is the internal temperature of the storage tank and vehicle tank measured using the temperature sensor provided in the storage tank of the storage module and the vehicle tank of the vehicle module and the charging module, respectively, and fluid injection. The measured temperature is transmitted to the control unit, the measured values are compared to adjust the load on the cooling module 300, and the temperature of the fluid transferred to the vehicle module 500 is controlled to ensure that it is within the safety range of the vehicle tank 510. It can be saved in .
또한, 압축모듈(100)을 이용하여 압축한 유체를 차량모듈(500)의 차량탱크(510) 내부압력이 제1 압력(예: 50bar)이 될 때까지 충전하여 차량탱크(510)의 제1 무게를 측정하고, 차량탱크(510) 내부압력이 제2 압력(예: 700bar)이 될 때까지 충전하면서 차량탱크(510)로 이송되는 유체의 유량을 상기 유량계(130) 및 기준 유량계(330)를 이용하여 측정하고, 차량탱크(510)의 제2 무게를 측정하고, 제2 무게와 제1 무게의 차이를 이용하여 차량탱크(510)에 충전된 유체의 질량을 산출할 수 있다.In addition, the fluid compressed using the compression module 100 is charged until the internal pressure of the vehicle tank 510 of the vehicle module 500 reaches the first pressure (e.g., 50 bar) to fill the first pressure of the vehicle tank 510. The weight is measured, and the flow rate of the fluid transferred to the vehicle tank 510 is measured by the flow meter 130 and the reference flow meter 330 while charging the vehicle tank 510 until the internal pressure reaches the second pressure (e.g., 700 bar). , the second weight of the vehicle tank 510 can be measured, and the mass of the fluid filled in the vehicle tank 510 can be calculated using the difference between the second weight and the first weight.
또한, 제어부(450)는 유량계(130)의 측정값과 기준 유량계(330)의 측정값의 차이와, 질량 산출값을 비교하여 유량계의 성능을 평가하는 것을 특징으로 한다.In addition, the control unit 450 is characterized in that it evaluates the performance of the flow meter by comparing the difference between the measured value of the flow meter 130 and the measured value of the reference flow meter 330 and the calculated mass value.
본 발명에 따르면 수소충전소가 갖추어야 할 구성 요소를 충족하고 있으며(압축기, 냉각기, 저장탱크, 기타 제어시설) 실제 차량 충전을 모사하고 있다. 이에 수소차 충전압력 상용차(350bar) 승용차(700bar) 및 충전온도(-40 ~ 60℃) 도전에서 유량계 평가 시험이 가능하다. According to the present invention, it satisfies the components that a hydrogen charging station must have (compressor, cooler, storage tank, and other control facilities) and simulates actual vehicle charging. Accordingly, flow meter evaluation tests are possible in challenging hydrogen vehicle charging pressures of commercial vehicles (350 bar), passenger cars (700 bar), and charging temperatures (-40 to 60°C).
또한, 본 발명에 따르면 현재 수소차 충전소에서 사용하고 있는 유량계 성능을 객관적으로 시험하는 과정에서 냉각기에 -40℃의 부하가 지속적으로 걸리는 운전이 아닌 저장탱크와 차량탱크의 내부 온도를 센서를 통하여 실시간으로 확인하며 평가 당시의 상황에 맞춰 냉각기의 부하를 조절함으로 보다 에너지 효율성이 높은 운영이 가능한 효과를 가진다.In addition, according to the present invention, in the process of objectively testing the performance of the flow meter currently used in hydrogen vehicle charging stations, the internal temperature of the storage tank and vehicle tank is measured in real time through a sensor, rather than driving with a continuous load of -40°C on the cooler. This has the effect of enabling more energy-efficient operation by adjusting the load of the cooler according to the situation at the time of evaluation.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.Although the present invention has been described in detail through specific examples, this is for the purpose of specifically explaining the present invention, and the present invention is not limited thereto, and can be understood by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention. It would be clear that modifications and improvements are possible.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.All simple modifications or changes of the present invention fall within the scope of the present invention, and the specific scope of protection of the present invention will be made clear by the appended claims.
100: 압축모듈
110: 압축기
130: 유량계
200: 저장모듈
210: 저장탱크
215: 온도센서
300: 냉각모듈
310: 냉각기
330: 기준 유량계
400: 충전모듈
415: 온도센서
450: 제어부
500: 차량모듈
510: 차량탱크
515: 온도센서
520: 저울100: Compression module
110: compressor
130: flow meter
200: storage module
210: storage tank
215: Temperature sensor
300: Cooling module
310: cooler
330: Reference flow meter
400: Charging module
415: Temperature sensor
450: Control unit
500: Vehicle module
510: Vehicle tank
515: Temperature sensor
520: scale
Claims (5)
유체를 저장하는 저장탱크와 저장탱크의 내부의 온도를 측정하는 온도센서를 구비한 저장모듈;
상기 저장모듈에 저장할 유체를 압축하는 압축모듈;
상기 압축된 유체를 차량모듈에 충전해주는 충전모듈;
상기 충전모듈로 이송되는 유체를 냉각하는 냉각모듈; 및
상기 충전모듈로 이송되는 유체의 유량을 측정하는 기준 유량계를 포함하며;
상기 차량모듈은,
상기 이송받은 유체를 저장하는 차량탱크;
상기 차량탱크의 무게를 측정하는 저울; 및
상기 차량탱크와 일체형으로 구비되며 내부 온도를 측정하는 온도센서와 내부 압력을 측정하는 압력 센서를 포함하며; 상기 충전모듈은 상기 유량계 성능 평가 시, 상기 온도센서의 온도 측정값을 이용하여 상기 냉각모듈로부터 충전모듈로 이송되는 유체의 온도를 조절하는 제어부를 포함하는, 유체 충전소의 유량계 성능 평가 시스템.
In the flow meter performance evaluation system of the fluid filling station,
A storage module including a storage tank that stores fluid and a temperature sensor that measures the temperature inside the storage tank;
A compression module that compresses the fluid to be stored in the storage module;
A charging module that charges the compressed fluid to the vehicle module;
a cooling module that cools the fluid transferred to the charging module; and
It includes a reference flow meter that measures the flow rate of the fluid transferred to the charging module;
The vehicle module is,
a vehicle tank storing the transferred fluid;
A scale that measures the weight of the vehicle tank; and
It is provided integrally with the vehicle tank and includes a temperature sensor that measures the internal temperature and a pressure sensor that measures the internal pressure; The charging module includes a control unit that controls the temperature of the fluid transferred from the cooling module to the charging module using the temperature measurement value of the temperature sensor when evaluating the flow meter performance.
상기 충전모듈로 이송되는 유체는 압축모듈을 통과하여 저장모듈에 저장되고,
상기 기준 유량계는, 냉각모듈의 전단 또는 후단에 구비되어, 기준 유량계 및 냉각모듈을 순서대로 통과하거나, 상기 냉각모듈 및 기준 유량계를 순서대로 통과한 후 이송되며,
상기 제어부는, 상기 유체가 상기 저장모듈에서 기준 유량계 및 냉각모듈을 통과하는 순서에 관계없이, 상기 온도센서의 온도 측정값에 따라 상기 냉각모듈의 부하를 조절하는, 유체 충전소의 유량계 성능 평가 시스템.
In claim 1,
The fluid transferred to the charging module passes through the compression module and is stored in the storage module,
The reference flow meter is provided at the front or rear end of the cooling module and passes through the reference flow meter and the cooling module in order, or is transferred after passing through the cooling module and the reference flow meter in order,
The control unit adjusts the load of the cooling module according to the temperature measurement value of the temperature sensor, regardless of the order in which the fluid passes from the storage module to the reference flow meter and the cooling module.
상기 제어부는, 상기 저울로부터 상기 차량탱크의 무게 측정값을 전송받아 상기 저장모듈로부터 차량탱크로 이송된 유체의 질량을 산출하고, 상기 유체 충전소에 구비된 유량계로부터 제1 측정값 및 상기 기준 유량계로부터 제2 측정값을 전송받아 수학식 1 및 수학식 2를 이용하여 제1 결과값과 제2 결과값을 비교하여 상기 유체 충전소의 유량계의 정확도를 평가하는, 유체 충전소의 유량계 성능 평가 시스템.
[수학식 1]
제2 측정값 - 제1 측정값 = 제1 결과값
[수학식 2]
질량 산출값 - 제1 측정값 = 제2 결과값
In claim 1,
The control unit receives the weight measurement value of the vehicle tank from the scale, calculates the mass of the fluid transferred from the storage module to the vehicle tank, and calculates the mass of the fluid transferred from the storage module to the vehicle tank, and calculates the mass of the fluid from the flow meter provided at the fluid filling station and the reference flow meter. A flow meter performance evaluation system for a fluid filling station that receives a second measured value and compares the first and second result values using Equation 1 and Equation 2 to evaluate the accuracy of the flow meter of the fluid filling station.
[Equation 1]
2nd measurement - 1st measurement = 1st result
[Equation 2]
Mass output - first measurement = second result
상기 저장모듈의 저장탱크 및 차량모듈의 차량탱크에 각각 구비된 온도센서를 이용하여 측정한 저장탱크 및 차량탱크의 내부 온도를 상기 제어부로 전송하고,
상기 냉각모듈의 부하를 조절하여, 상기 차량모듈로 이송되는 유체의 온도를 제어하여 상기 차량탱크의 안전범위 내에서 저장시키는, 유체 충전소의 유량계 성능 평가 방법.
In the performance evaluation method using the flow meter performance evaluation system of the fluid filling station of claims 1 to 3,
Transmitting the internal temperature of the storage tank and the vehicle tank measured using temperature sensors provided in the storage tank of the storage module and the vehicle tank of the vehicle module to the control unit,
A method for evaluating the performance of a flow meter at a fluid charging station, where the load of the cooling module is adjusted to control the temperature of the fluid transferred to the vehicle module and stored within the safety range of the vehicle tank.
상기 압축모듈을 이용하여 압축한 유체를 상기 차량모듈의 차량탱크 내부압력이 제1 압력이 될 때까지 충전하여 상기 차량탱크의 제1 무게를 측정하고,
상기 차량탱크 내부압력이 제2 압력이 될 때까지 충전하면서 상기 차량탱크로 이송되는 유체의 유량을 상기 유량계 및 기준 유량계를 이용하여 측정하고,
상기 차량탱크의 제2 무게를 측정하고,
상기 제2 무게와 제1 무게의 차이를 이용하여 상기 차량탱크에 충전된 유체의 질량을 산출하고,
상기 제어부는, 상기 유량계의 측정값과 기준 유량계의 측정값의 차이와, 상기 질량 산출값을 비교하여 상기 유량계의 성능을 평가하는, 유체 충전소의 유량계 성능 평가 방법.
In claim 4,
Measure the first weight of the vehicle tank by charging the fluid compressed using the compression module until the internal pressure of the vehicle tank of the vehicle module reaches the first pressure,
While charging the vehicle tank until the internal pressure reaches the second pressure, the flow rate of the fluid transferred to the vehicle tank is measured using the flow meter and the reference flow meter,
Measure the second weight of the vehicle tank,
Calculate the mass of fluid charged in the vehicle tank using the difference between the second weight and the first weight,
The control unit evaluates the performance of the flow meter by comparing the difference between the measured value of the flow meter and the measured value of the reference flow meter and the calculated mass value.
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2022
- 2022-04-25 KR KR1020220050869A patent/KR20230151319A/en unknown
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102259295B1 (en) | 2020-03-11 | 2021-06-02 | 한국표준과학연구원 | Hydrogen Flowrate Field Calibration System |
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