압축·저장

압축기 표기는 올리는 방식과 구동 방식을 붙여서 씁니다. 아래를 표와 함께 보시면 됩니다.

흡입압 범위

앞의 값은 그보다 낮으면 압축기가 돌지 않는 값이고, 뒤의 값은 담을 수 있는 한계다. 수전해 출구압과 견줄 것은 앞의 값이고, 뒤의 값은 압축기를 앞뒤로 물려 쓸 때 걸린다

1단 · 2단

올려야 하는 폭이 크면 한 번에 올리지 않고 나눈다. 1단은 한 번에, 2단은 두 번에 나눠 올린다

단동식 · 복동식

단동식은 피스톤이 한쪽으로 갈 때만 압축하고 복동식은 오갈 때 모두 압축한다. 같은 크기라면 복동식이 한 사이클에 더 많이 밀어낸다

공압 구동

압축공기로 큰 피스톤을 밀면 거기 붙은 작은 피스톤이 가스를 압축한다. 전기 모터가 없어 불꽃이 나지 않는 대신, 현장에 압축공기 설비가 있어야 돌아간다. 씰을 타고 새는 가스는 벤트로 빠지게 되어 있고, 수소라면 그 벤트를 환기되는 곳으로 배관해야 한다

모듈형 공압 부스터

한 대로 다 올리지 않고 단마다 모듈을 19인치 랙에 얹어 쌓는다. 목표 압력이 올라가면 모듈을 더 붙이고, 유량을 늘리려면 같은 단을 나란히 붙인다. 붙인 만큼만 올라가므로 표의 최대 토출압은 최종단까지 붙였을 때의 값이다. 자세한 구성은 아래 「HULC 구성」 을 보시면 된다

무급유 건식 피스톤 · 자기커플링 밀폐

윤활유 없이 마른 채로 오가는 피스톤이고, 모터 축이 가스부를 관통하지 않고 자석으로 힘만 넘긴다. 축이 지나는 구멍이 없어 그 자리로 새지 않고 벤트 배관도 딸리지 않는다. 대신 흡입압을 높게 요구하는 쪽이 많아 앞단에 승압이 있어야 붙는지 먼저 본다

공압 부스터가 올릴 수 있는 압력은 구동 공기압에 배율을 곱한 값입니다. 그래서 표의 최대 토출압은 모두 구동 공기가 그 범위의 위쪽일 때 나오는 값입니다. AG-30 의 310 bar 는 10.3 bar 공기를 댈 때 나오고, 일반 공장 유틸리티 라인처럼 7 bar 라면 같은 기계가 약 210 bar 에서 멈춥니다. 200 bar 대를 채우실 계획이라면 여유가 거의 없습니다. 모델보다 현장 공기압을 먼저 확인하십시오. 공기 유량도 함께 보셔야 합니다. 제조사가 AG-30 의 성능을 내는 기준 조건이 100 psi 공기 50 SCFM, 약 85 Nm³/h 입니다. 수소 0.5 Nm³/h 를 올리자고 공기를 85 Nm³/h 대는 셈이라 10 kW 급 공기압축기가 따로 필요합니다. HXB-V1 본체가 2 kW 이니, 부스터를 붙이는 순간 현장에서 전기를 가장 많이 쓰는 것은 수전해가 아니라 공기압축기가 됩니다. 압력이 맞아도 유량이 모자라면 부스터는 서지 않고 느려집니다. 고장으로 보이지 않아 더 까다롭습니다. 압축공기 설비가 없거나 이 조건이 부담이면 전동 구동 쪽을 보십시오.

구동 공기압

표의 최대 토출압은 이 값이 범위의 위쪽일 때다. 7 bar 라인이면 토출압도 그만큼 내려간다

구동 공기 유량

AG-30 기준 조건이 100 psi · 50 SCFM(약 85 Nm³/h). 모자라면 부스터가 느려진다

HXB-V1 한 대가 시간당 500 L를 내는데 시장의 압축기는 대부분 그보다 크게 빨아들이도록 설계되어 있습니다. 그래서 수전해 장치 출구에 압축기를 바로 붙이지 않고, 앞에 저압 버퍼를 두고 모았다가 밀어 넣습니다. 50 L 용기 한 본이면 10 barg에서 약 0.55 Nm³를 담으므로 압축기가 돌고 서는 주기를 흡수하는 데 대개 충분합니다. 출구압 설정은 따로 보셔야 합니다. HXB-V1은 소프트웨어에서 0 과 10 barg 중에 고르는데, 0 으로 두면 아래 표의 압축기가 모두 못 돕니다. 최소 흡입압이 1.7 ~ 7 bar 이기 때문입니다. 압축을 붙이실 거면 10 barg 로 두셔야 하고, 그러면 공압 구동 네 대가 조건을 만족합니다. REJOOL 두 줄은 흡입을 각각 20 bar 와 25 bar 이상 요구해서, 앞단에 승압을 두지 않으면 붙지 않습니다. 같은 제조사 목록에도 14 bar 나 17 bar 를 요구하는 모델이 있으니, 형식과 토출압만 보고 고르면 흡입압에서 걸립니다. 0 barg 운전을 전제로 하셔야 하는 경우는 표로 답이 나오지 않습니다. 대기압 이하부터 빨아들이는 압축기가 지금 표에 없기 때문입니다. 그 조건이라면 조건을 주시면 따로 찾아 구성해 드립니다. 여기 적은 유량 이야기는 2 kW 급 기준입니다. HXS-30 은 시간당 7,500 L 로 규모가 열다섯 배라 압축기 급도 버퍼 용량도 다시 잡습니다. 표의 AG-30 은 유량 상한이 시간당 2 Nm³ 라 HXS-30 이 내는 7.5 Nm³ 를 받지 못합니다. 30 kW 규모로 보실 때는 토출압보다 유량 상한 열을 먼저 보십시오. 30 kW 규모로 검토하신다면 조건을 주시면 그 규모로 따로 구성해 드립니다.

용기에 든 전부를 쓸 수는 없습니다. 사용처가 요구하는 최소 공급압 아래로 떨어지면 남아 있어도 못 쓰기 때문에, 최대 압력과 최소 압력 사이의 양만 쓸 수 있는 양입니다. 저희는 견적에서 총량과 사용가능량을 나눠 적습니다. 용기에 적힌 물용량과도 다른 값이라 셋을 구분해서 보셔야 합니다. 그래서 "500 bar 100 L" 만으로는 몇 kg인지 정해지지 않습니다. 압력을 두 배로 올리면 대략 두 배가 들어가지만 고압에서는 이 비례가 흐트러져 실제 기체 보정을 씁니다. 여기에 온도와 최소 압력, 배관에 남는 양, 충전 프로파일이 함께 들어갑니다. 충전할 때 가스가 뜨거워지는 것도 같은 이야기라, 압력계가 목표값을 가리켜도 식으면 내려갑니다. 충전 완료는 온도가 안정된 뒤의 압력으로 봅니다. 용기를 여러 본 두는 규모라면 압력이 다른 묶음으로 나누어 낮은 쪽부터 차례로 쓰는 방법이 있습니다. 캐스케이드라고 부릅니다. 한 덩어리로 쓰면 압력이 떨어질수록 쓸 수 있는 양이 급격히 줄지만, 나눠 두면 낮은 압력 묶음을 먼저 비우고 높은 압력 묶음을 마지막에 써서 전체 이용률이 올라갑니다. 대신 밸브와 제어가 복잡해지므로 필요한 규모인지부터 같이 봅니다.

압축비는 토출 절대압을 흡입 절대압으로 나눈 값입니다. 이 값이 클수록 가스가 더 뜨거워집니다. 공기를 넣은 자전거 펌프가 뜨거워지는 것과 같은 이치이고, 압축기에서는 그 열이 밸브와 씰을 먼저 상하게 합니다. 그래서 올려야 하는 폭이 크면 한 번에 올리지 않고 단을 나눕니다. 한 단이 감당할 수 있는 폭은 기계에 따라 다릅니다. 공압 부스터는 왕복이 느리고 스트로크 사이에 식을 시간이 있어 한 단이 꽤 넓게 감당합니다. 표의 AG-30 이 1단으로 7 bar 에서 310 bar 까지 올리는 것이 그래서 가능합니다. 전동 왕복동은 쉬지 않고 도는 만큼 같은 압축비를 한 단에 맡기지 못합니다. 그래도 한계는 있습니다. 가압하지 않은 수전해가 내보내는 상압에서 수소차 충전 압력인 700 bar 까지라면 절대압으로 약 690 배입니다. 한 단으로는 어림도 없는 폭이라 HULC 이 단을 넷까지 쌓게 되어 있고, 단을 쌓으면 각 단이 맡는 폭이 그만큼 줄어 온도도 내려갑니다. 표의 「1 ~ 4단」 은 고르는 값이고, 무엇을 고를지는 목표 압력이 정합니다. 나눈다고 유량이 늘지는 않습니다. 단을 쌓는 것은 더 높이 올리려는 것이고, 더 많이 보내려면 같은 단을 나란히 붙입니다. 이 둘을 바꿔 생각하면 견적이 어긋납니다.

압축기가 감당해야 하는 폭은 목표 압력이 아니라 목표 압력과 수전해 출구압의 비입니다. 그래서 수전해가 압력을 조금이라도 만들어 주면 뒤에 붙는 것이 통째로 가벼워집니다. 같은 700 bar 를 같은 4단으로 만들 때, 수전해 출구압만 바꾸면 이렇게 갈립니다. 줄어드는 것은 온도만이 아닙니다. 압축비가 낮으면 같은 목표에 더 적은 단으로 닿으니 모듈 수와 값이 줄고, 공압 구동이라면 대야 하는 압축공기도 함께 줄고, 소모품인 씰이 받는 부담도 내려갑니다. 압축기를 고르기 전에 수전해를 몇 barg 로 둘지부터 정하시는 편이 나은 까닭입니다. HXB-V1 이 0 과 10 barg 중에 고르게 되어 있는데 압축을 붙이실 계획이면 10 barg 로 두시라고 말씀드리는 것도 같은 이유입니다. 다만 공짜는 아닙니다. 수전해를 높은 압력으로 돌리면 막을 건너오는 수소가 늘어 산소 쪽 수소 농도가 올라가고, 막이 받는 부담도 커집니다. 어디까지 올릴지는 스택이 허용하는 범위 안에서 정해야 하고, 그 값은 저희가 스택 조건과 함께 봐 드립니다.

상압으로 내보내면

700 bar 까지 압축비 690배 · 4단으로 나눠도 이론 토출온도가 약 200 °C

10 barg 로 내보내면

압축비 64배 · 같은 4단에서 약 120 °C — 절반 아래로 떨어진다

30 barg 로 내보내면

압축비 23배 · 같은 4단에서 약 90 °C

압축기 한 대 값만 보고 계획하면 현장에서 모자랍니다. 표의 값에 들어 있지 않은 것이 다섯 가지 있습니다. 공압 구동이라면 압축공기 설비가 가장 큽니다. AG-30 이 성능을 내는 기준이 100 psi 에 50 SCFM, 약 85 Nm³/h 라 10 kW 급 공기압축기가 따로 필요합니다. 수전해 본체보다 큰 전기를 쓰게 되는 자리입니다. 저압 버퍼도 별도입니다. 수전해는 꾸준히 내보내고 압축기는 돌고 서기를 되풀이하므로, 그 사이를 받아 줄 용기가 앞에 있어야 합니다. 50 L 한 본이면 대개 충분합니다. 벤트 배관이 따로 듭니다. 공압 구동은 씰을 타고 새는 가스를 밖으로 빼도록 되어 있어, 그 배관을 안전한 곳까지 끌고 가야 합니다. 무급유 자기커플링 쪽은 이 배관이 없습니다. 씰과 패킹은 소모품입니다. 특히 윤활유 없이 도는 무급유 쪽은 정해진 주기로 갈아 줘야 합니다. 교체 주기와 비용은 모델과 운전 조건에 따라 달라서 저희가 값을 확정해 두지 않았습니다 — 후보가 좁혀지면 제조사에 확인해 함께 알려 드립니다. 랙과 캐비닛이 값에 안 들어 있는 경우가 있습니다. HULC 은 19 인치 랙에 얹히는 모듈인데 제조사 자료가 캐비닛은 따로 주문하라고 적습니다. 여기에 고압가스 인허가와 설치가 더해집니다. 그쪽은 설치 주체 몫입니다.

수전해 출구 가스는 수증기로 포화되어 있어 압축기 앞에서 건조가 끝나 있어야 합니다. 건조를 뒤로 미루면 압축기가 물을 함께 압축하게 됩니다.