KR100748644B1 - 다중벽으로 다중공간을 구비한 압력유체 저장용기,저장방법 및 그 제조방법 - Google Patents

다중벽으로 다중공간을 구비한 압력유체 저장용기,저장방법 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 압력유체 저장용기, 저장방법 및 그 제조방법에 관한 것으로, 서로 다른 각각의 이종 유체 또는 동종 유체를 하나의 저장용기에 저장할 수 있도록, 저장용기를 다중벽으로 다중공간을 구성하여 이를 일체화하고, 각 공간에 저장되는 유체의 종류와 압력을 조정함으로써 내부용기에 저장된 유체가 누출되거나 용기벽을 투과하여 확산되는 것을 효과적으로 차단함과 동시에, 각 공간의 압력차를 이용하여 경량화된 구조로 고압의 유체를 저장할 수 있고, 다량의 유체를 저장하면서도 소형화된 구조를 구현할 수 있는 다중벽으로 다중공간을 구비한 압력유체 저장용기, 저장방법 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 밀폐 형태의 내부용기; 상기 내부용기의 외측방향으로 공간이 구비되고, 상기 공간이 유지되면서 내부용기를 감싸 밀폐 형태로 형성되는 하나 이상의 외부용기; 및 상기 내부용기 및 내부용기와 외부용기 사이의 공간에 충전되는 하나 이상의 유체를 포함하는 유체 저장용기 구조를 제공한다. 또한 본 발명은, 내부용기가 제공되고; 상기 내부용기의 외측방향으로 공간이 구비되고, 상기 공간이 유지되면서 내부용기를 감싸는 하나 이상의 외부용기가 제공되고; 상기 내부용기 및 내부용기와 외부용기 사이의 공간에 하나 이상의 유체를 충전하는 유체 저장방법을 제공한다. 또한 본 발명은, 내부용기를 압출, 드로잉 또는 스피닝 공정에 의하여 하나 이상의 내부용기목부가 구비된 밀폐용기 형상으로 성형하고; 외부용기를 압출, 드로잉 또는 스피닝 공정에 의하여 용기 형 상으로 성형하고; 상기 내부용기를 외부용기에 수용시킨 후, 스피닝 공정을 이용하여 하나 이상의 외부용기목부를 성형하여 내부용기와 일체화 시키고; 상기 외부용기로 유체가 입출가능하도록, 상기 외부용기목부에 관통형성되는 복수개의 유체입출구를 성형하는 유체 저장용기 제조방법을 제공한다.
저장용기, 저장방법, 유체입출수단, 내부용기, 외부용기, 다중벽, 다중공간

Description

다중벽으로 다중공간을 구비한 압력유체 저장용기, 저장방법 및 그 제조방법{Storage container with multi-space separated by multi-shell structure for pressure fluid, storage method and manufacturing method thereof}
도1은 종래의 유체 저장용기를 나타낸 단면도.
도2는 종래의 용기에서 강도를 강화시킨 유체 저장용기를 나타낸 단면도.
도3은 본 발명의 제1실시예에 따른 압력유체 저장용기를 나타낸 단면도.
도4는 본 발명의 제2실시예에 따른 압력유체 저장용기를 나타낸 단면도.
도5는 본 발명의 제3실시예에 따른 압력유체 저장용기를 나타낸 단면도.
도6은 본 발명의 제4실시예에 따른 압력유체 저장용기를 나타낸 단면도.
도7은 본 발명의 제5실시예에 따른 압력유체 저장용기를 나타낸 단면도.
도8은 본 발명의 제6실시예에 따른 압력유체 저장용기를 나타낸 단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100: 내부용기 110: 내부용기몸체
120: 내부용기목부 200: 외부용기
210: 외부용기몸체 220: 외부용기목부
240: 유체입출구 300: 유체입출수단
본 발명은 다중벽으로 다중공간을 구비한 압력유체 저장용기, 저장방법 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 서로 다른 각각의 이종 유체 또는 동종 유체를 하나의 저장용기에 저장할 수 있도록, 저장용기를 다중벽으로 다중공간을 구성하여 이를 일체화하고, 각 공간에 저장되는 유체의 종류와 압력을 조정함으로써 내부용기에 저장된 유체가 누출되거나 용기벽을 투과하여 확산되는 것을 효과적으로 차단함과 동시에, 각 공간의 압력차를 이용하여 경량화된 구조로 고압의 유체를 저장할 수 있고, 다량의 유체를 저장하면서도 소형화된 구조를 구현할 수 있는 다중벽으로 다중공간을 구비한 압력유체 저장용기, 저장방법 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 산업현장에서는 다양한 용도의 다양한 유체(액체 또는 가스)가 공급되어 사용되고 있으며, 이러한 다양한 유체를 저장할 수 있는 저장용기가 이용되고 있다. 또한, 과학기술의 발달과 더불어 가스의 사용량은 급속도로 증가하고 있으며, 사용되는 가스의 종류도 보다 다양화 되고 있는 실정이다.
이와 같은 가스들은 대부분 인체에 흡입되거나 대기중에 노출될 경우 안전사 고 및 환경오염 등의 큰 피해를 야기시킬 수 있다. 예를 들어, 수소화비소(AsH3: arsine)나 인화수소(PH3: phosphine) 등과 같은 유동성 가스들은 독성이 매우 강하여 작업자가 호흡기로 흡입할 경우 치명적인 결과를 초래하게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 유체 저장용기 및 저장방법을 설명하면 다음과 같다.
도1은 종래의 유체 저장용기를 나타낸 단면도이고, 도2는 종래의 용기에서 강도를 강화시킨 유체 저장용기를 나타낸 단면도이다.
도1에 나타낸 바와 같이, 종래의 유체 저장용기는 가스 등과 같은 유체를 저장하는 용기몸체(10); 상기 용기몸체(10)의 일측에 결합되는 용기목부(20); 상기 용기목부(20)의 단부에 장착되는 밸브(30)를 포함한다.
여기에서, 상기 용기몸체(10)는 원통 형상으로 금속재이고, 단일벽으로 형성된 부분으로 유체가 저장된다. 상기 용기목부(20)는 용기몸체(10)의 일단부에서 소정 길이만큼 연장 형성된 파이프 형상으로 유체가 입출되도록 게이트(gate) 역할을 한다. 상기 용기목부(20)를 통하여 유체가 입출될 때, 유체의 흐름을 제어하도록 상기 용기목부(20)의 단부에 밸브(30)가 장착된다.
이와 같이 구성되는 종래의 유체 저장용기에서, 현재 사용되고 있는 산소, 수소, 질소, 프로판(propane), 아세틸렌(acetylene) 등과 같은 가스는 용기목부(20)를 통하여 금속재의 용기몸체(10)에 소정 압력으로 압축되어 저장된 후 사용된다. 이때 용기몸체(10)는 한가지 종류의 유체를 저장하기 위한 것이고, 단일벽으로 이루어진다. 다시 말해서, 서로 다른 종류의 유체(이종(異種) 유체)는 각 유체에 적절한 단일벽 구조의 압력 저장용기에 독립적으로 저장된 후, 용도에 따라 독립적으로 사용되거나 배관라인을 통하여 혼합하여 사용된다.
이와 같은 구성으로 인하여, 종래의 저장용기는 용기몸체(10)에 유체가 채워지는 압력에 견딜 수 있는 구조와 두께를 가져야 된다. 그리고, 상기 저장용기가 강도에 문제가 없더라도 가스 등의 유체가 용기몸체(10)의 벽을 통과하여 누출되는 경우에는 산업재해나 환경오염 등의 사고가 발생될 수 있으므로, 이를 막기 위해 저장용기의 두께를 보다 두껍게 제조하게 된다. 이에 따라, 상기 저장용기의 부피가 커지고 무게도 증가되는 문제점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위하여, 즉 무게의 경량화나 압력이 높은 유체의 누출을 막기 위하여, 도2에 나타낸 바와 같이, 종래의 단일벽 구조의 금속재 용기몸체(10) 외벽에 탄소섬유(carbon fiber) 같은 강화 섬유를 감아서 경량화 시키거나 용기몸체(10)의 내외벽에 여러 수지재(resin material)를 도포하여 고압의 유체가 누출되지 않도록 사용한다. 그러나, 이러한 경우에는 제조 비용이 비싸지고 차지하는 공간이 커질 뿐만 아니라, 무게의 경량화를 실현하거나 고압 유체의 누출을 효율적으로서 방지할 수 없는 문제점이 있고, 또한 여러 가지 제약 조건에 부딪치는 단점이 있다.
따라서, 가스의 저장방법 및 저장용기는 안전성과 경량화를 동시에 확보해야 할 필요가 있다. 특히 차세대 자동차인 수소 자동차(연료전지 자동차)는 수소와 산소의 화학적 반응을 이용해 화학에너지를 전기에너지로 전환하여 전기를 구동 동력 원으로 사용한다. 이를 위해서는 가스의 누출이 없고 고압력에 견딜 수 있고, 다량의 고압가스를 저장할 수 있는 수소와 산소의 저장방법 및 저장용기가 요구되는데, 현재 경제적이면서 효과적인 저장용기의 구조가 개발되지 않아 공해물질을 배출하지 않는 친환경자동차라는 장점에도 불구하고 쉽게 실용화가 되지 못하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 서로 다른 각각의 이종 유체 또는 동종 유체를 하나의 저장용기에 저장할 수 있도록, 저장용기를 다중벽으로 다중공간을 구성하여 이를 일체화하고, 각 공간에 저장되는 유체의 종류와 압력을 조정함으로써 내부용기에 저장된 유체가 누출되거나 용기벽을 투과하여 확산되는 것을 효과적으로 차단함과 동시에, 각 공간의 압력차를 이용하여 경량화된 구조로 고압의 유체를 저장할 수 있고, 다량의 유체를 저장하면서도 소형화된 구조를 구현할 수 있는 다중벽으로 다중공간을 구비한 압력유체 저장용기, 저장방법 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 밀폐 형태의 내부용기; 상기 내부용기의 외측방향으로 공간이 구비되고, 상기 공간이 유지되면서 내부용기를 감싸 밀폐 형태로 형성되는 하나 이상의 외부용기; 및 상기 내부용기 및 내부용기와 외 부용기 사이의 공간에 충전되는 하나 이상의 유체를 포함하는 유체 저장용기 구조를 제공한다.
여기에서, 상기 내부용기와 외부용기에 유체를 충전하거나 그 반대의 경우, 상기 내부용기와 외부용기 사이의 압력을 조절할 수 있는 유체입출수단을 더 포함하며, 상기 유체입출수단은 압력조절밸브, 차압밸브 또는 안전밸브 중 어느 하나 또는 하나 이상으로 이루어진다.
상기 내부용기는, 유체가 주입되어 저장되는 내부용기몸체; 상기 내부용기몸체의 일측 또는 타측으로부터 연장형성되어 유체가 입출되는 하나 이상의 내부용기목부; 및 상기 내부용기목부의 단부에 형성되어 유체의 주입 후에 밀폐시키는 밀폐부재를 포함한다.
상기 외부용기는, 상기 내부용기의 외측방향에 공간이 형성되고, 상기 공간이 유지되면서 내부용기몸체를 감싸며 그 공간으로 유체가 저장되는 외부용기몸체; 상기 외부용기몸체의 일측 또는 타측으로부터 연장형성되고, 상기 내부용기목부와 밀폐접촉되는 하나 이상의 외부용기목부; 및 상기 외부용기몸체의 공간으로 유체가 입출가능하도록, 상기 외부용기목부에 관통형성되는 복수개의 유체입출구를 포함한다.
상기 내부용기에 소정의 압력으로 유체를 충전하는 경우, 상기 내부용기 및 내부용기와 외부용기 사이의 공간을 등압력 상태로 하거나 적은 압력차의 상태로 함에 의해 내부용기의 두께를 감소시킬 수 있다.
상기 내부용기와 외부용기가, 금속재, 비금속재 또는 비정질금속 중 어느 하 나로 이루어지거나, 상기 재료 중 각각 서로 다른 재료로 이루어진다.
또한 본 발명은, 내부용기가 제공되고; 상기 내부용기의 외측방향으로 공간이 구비되고, 상기 공간이 유지되면서 내부용기를 감싸는 하나 이상의 외부용기가 제공되고; 상기 내부용기 및 내부용기와 외부용기 사이의 공간에 하나 이상의 유체를 충전하는 유체 저장방법을 제공한다.
여기에서, 상기 내부용기와 외부용기에 유체를 충전하거나 그 반대의 경우, 상기 내부용기와 외부용기 사이의 압력을 조절하며, 상기 압력조절은 압력조절밸브, 차압밸브 또는 안전밸브 중 어느 하나 또는 하나 이상으로 이루어진다.
상기 유체충전은, 상기 내부용기에 분자량이 작은 유체를 저장하고, 상기 외부용기에 내부용기에 저장된 유체보다 분자량이 큰 유체를 저장하며, 이러한 유체충전에 의하여 상기 내부용기의 유체가 확산에 의해 누출되는 것을 방지한다.
상기 유체충전은, 상기 외부용기에 내부용기와 같거나 또는 높은 압력의 유체로 충전함에 의하여 상기 내부용기에 압축응력을 가하고, 이러한 유체충전에 의하여 상기 내부용기에서 유출이 발생될 수 있는 취약 부분을 방지함과 동시에 상기 내부용기 내부에 축적된 변형률에너지가 확산에 의해 유체가 누출됨을 방지한다.
상기 유체충전은, 상기 외부용기에 내부용기보다 작은 압력을 형성함에 의해 상기 내부용기 그 자체가 보유한 강도보다 높은 압력에 견딜 수 있다.
상기 유체충전은, 상기 내부용기에 유독성 유체를 충전하고, 상기 외부용기에는 내부용기에 저장된 유독성 유체를 중화시키는 유체를 충전하며, 이러한 유체충전에 의하여 상기 내부용기에서 누출이나 폭발이 일어날 경우 상기 유독성 유체 를 중화시킨다.
상기 유체충전은, 상기 내부용기에 부식성 유체를 충전하고, 상기 외부용기에는 내부용기에 저장된 부식성 유체를 중화시키는 유체를 충전하며, 이러한 유체충전에 의하여 상기 내부용기에서 누출이나 폭발이 일어날 경우 상기 부식성 유체를 중화시킨다.
상기 유체충전은, 상기 내부용기에 폭발성 유체를 충전하고, 상기 외부용기에는 내부용기에 저장된 폭발성 유체를 중화시키는 유체를 충전하며, 이러한 유체충전에 의하여 상기 내부용기에서 누출이나 폭발이 일어날 경우 상기 폭발성 유체를 중화시킨다.
또한 본 발명은, 내부용기를 압출, 드로잉 또는 스피닝 공정에 의하여 하나 이상의 내부용기목부가 구비된 밀폐용기 형상으로 성형하고; 외부용기를 압출, 드로잉 또는 스피닝 공정에 의하여 용기 형상으로 성형하고; 상기 내부용기를 외부용기에 수용시킨 후, 스피닝 공정을 이용하여 하나 이상의 외부용기목부를 성형하여 내부용기와 일체화 시키고; 상기 외부용기로 유체가 입출가능하도록, 상기 외부용기목부에 관통형성되는 복수개의 유체입출구를 성형하는 유체 저장용기 제조방법을 제공한다.
상기 유체입출구는, 외부용기목부의 성형 전에 이루어지거나, 상기 외부용기목부와 내부용기목부를 밀폐접촉시킨 후 드릴링 공정으로 성형하거나 또는 상기 외부용기목부를 내부용기목부에 완전히 밀폐접촉되지 않도록 하여 형성될 수 있다.
상기 용기는 이음매 없는 소성 가공 또는 판재를 용접 가공하여 이루어진다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도3은 본 발명의 제1실시예에 따른 압력유체 저장용기를 나타낸 단면도이고, 도4는 본 발명의 제2실시예에 따른 압력유체 저장용기를 나타낸 단면도이다.
본 발명은 유체 저장용기를 다중벽으로 다중공간을 형성하여 저장용기의 경량화 및 저장 유체의 누출을 방지하도록 구현한 것으로, 본 발명에 따른 유체 저장용기 구조는 도3 및 도4에 나타낸 바와 같이, 밀폐 형태의 내부용기(100); 상기 내부용기(100)의 외측방향으로 공간(230)이 구비되고, 상기 공간(230)이 유지되면서 내부용기(100)를 감싸 밀폐 형태로 형성되는 하나 이상의 외부용기(200); 및 상기 내부용기(100) 및 내부용기(100)와 외부용기(200) 사이의 공간(230)에 충전되는 하나 이상의 유체(미도시)를 포함한다.
본 발명의 도면에서는 상기 외부용기(200)를 하나만 도시하였으나, 저장할 유체 또는 유체 저장방법의 용도 및 특성에 따라 외부용기(200)를 복수개 형성할 수도 있다.
또한, 상기 내부용기(100) 및 내부용기(100)와 외부용기(200) 사이의 공간(230)에 충전되는 유체는 이종(異種) 유체이거나 또는 동종 유체일 수 있다. 즉, 상기 다중공간이 구비된 저장용기 및 저장용기에 구비된 다중공간에 이종 또는 동종 유체를 그 혼합비 또는 압력차 등에 맞춰서 충전하는 것에 의하여 저장용기의 경량화 및 저장용기에 저장되는 유체의 누출을 방지할 수 있다.
여기에서, 상기 내부용기(100)와 외부용기(200)(즉, 내부용기(100)와 외부용기 사이의 공간(230))에 유체를 주입하고 배출할 경우, 상기 내부용기(100)와 외부용기(200) 사이의 압력을 압력조절밸브, 차압밸브 또는 안전밸브 등과 같은 유체입출수단(300)을 이용하여 계획된 압력차가 지속유지되도록 한다. 일반적으로, 상기 유체입출수단(300)의 위치는 용기로 유체가 입출되는 경우에 상기 유체의 흐름을 제어(본 실시예에서는 여러 제어 중 특히 압력제어 등)하도록 용기의 단부, 즉 후술할 내부용기목부(120) 및 외부용기목부(220)에 위치된다. 이와 같이, 압력조절밸브, 차압밸브 또는 안전밸브 등과 같은 유체입출수단(300)이 용기의 단부에 배치되는 것은 유체의 흐름을 제어하기 위한 것으로, 이와 같은 밸브의 위치는 용기에 밸브를 배치시키는 것에 있어서 일반적이다.
상기 내부용기(100)는, 유체가 주입되어 저장되는 내부용기몸체(110); 상기 내부용기몸체(110)의 일측 또는 타측으로부터 연장형성되어 유체가 입출되는 하나 이상의 내부용기목부(120); 및 상기 내부용기목부(120)의 단부에 형성되어 유체의 주입 후에 밀폐시키는 밀폐부재(미도시)를 포함한다.
상기 외부용기(200)는, 상기 내부용기(100)의 외측방향에 공간(230)이 형성되고, 상기 공간(230)이 유지되면서 내부용기몸체(110)를 감싸며 그 공간(230)으로 유체가 저장되는 외부용기몸체(210); 상기 외부용기몸체(210)의 일측 또는 타측으로부터 연장형성되고, 상기 내부용기목부(120)와 밀폐접촉되는 하나 이상의 외부용기목부(220); 및 상기 외부용기몸체의 공간(230)으로 유체가 입출가능하도록, 상기 외부용기목부(220)에 관통형성되는 복수개의 유체입출구(240)를 포함한다.
본 실시예에서, 상기 유체입출구(240)를 외부용기목부(220)에 형성하였으나, 이에 한정되는 것은 아니고 상기 외부용기목부(220)를 내부용기목부(120)에 완전히 밀폐접촉되지 않도록 하여 형성할 수도 있다.
또한, 도3 및 도4에 나타낸 바와 같이, 유체의 주입과 배출을 고려하여 상기 용기목부(120, 220)를 용기몸체(110, 220)의 일측 또는 양측에 형성하거나 또는 복 수개로 형성할 수도 있다. 이는 유체 저장용기의 특성에 적합하도록 제조가능하다.
본 실시예에서, 상기 내부용기(100)에 소정의 압력(예를 들어, 고압)으로 유체를 충전하는 경우, 상기 내부용기(100)와 외부용기(200)의 공간(230)을 등압력(等壓力) 상태로 하거나 적은 압력차 상태로 함에 의해 내부용기(100)의 두께를 감소시킬 수 있다.
다시 말해서, 상기 내부용기(100)는 외부용기(200)와의 압력차에 해당되는 만큼의 구조적 강도만을 가지고 있으면 되므로 용기의 두께 및 무게를 감소시켜서 용기의 경량화가 가능하게 된다. 예를 들어, 상기 내부용기(100)에 1,000기압의 압력으로 유체를 충전하고, 상기 외부용기(200)에 내부용기(100)와 같은 1,000기압의 압력으로 유체를 충전하면, 상기 내부용기(100)는 안쪽에서 걸리는 압력과 바깥쪽에서 걸리는 압력이 서로 상쇄되어 전혀 압력이 걸리지 않는 등압력 상태가 되어 내부용기(100)의 두께를 줄여도 전혀 강도상의 문제가 없게 된다. 또한, 유사한 방법으로 상기 내부용기(100)에는 1,000기압의 압력으로 유체를 충전하고, 상기 외부용기(200)에는 1,100기압의 압력으로 유체를 충전하면, 상기 내부용기(100)는 내부용기(100)와 외부용기(200)와의 압력차인 100기압에 견디는 강도만을 가지면 되므로 제조비용이 적게 들고 경량화가 가능하며, 상기 내부용기(100)에는 압축응력이 작용하여 유체의 누출을 효과적으로 방지할 수 있다.
상기 용기(100, 200)는 모든 유체를 저장하는데 사용될 수 있는 압력용기로 용도와 특성에 따라 무게가 가벼운 알루미늄은 물론 티타늄 등과 같은 모든 금속재, 비금속재 또는 비정질금속으로 이루어질 수 있다. 또한, 탄소섬유, 탄소나노튜 브, 고분자 재료 등과 같은 나노소재 등으로 상기 용기(100, 200)를 보강시킬 수도 있으며, 이러한 재료로 이루어질 수도 있다. 또한 상기 내부용기(100)와 외부용기(200)를 각각 다른 종류의 재료로 제작할 수도 있다.
도5는 본 발명의 제3실시예에 따른 압력유체 저장용기를 나타낸 단면도이고, 도6은 본 발명의 제4실시예에 따른 압력유체 저장용기를 나타낸 단면도이며, 도7은 본 발명의 제5실시예에 따른 압력유체 저장용기를 나타낸 단면도이고, 도8은 본 발명의 제6실시예에 따른 압력유체 저장용기를 나타낸 단면도이다.
도3 내지 도8은 다중벽으로 다중공간을 구비한 압력용기에서 용기 형상의 차이점을 나타낸 것이다. 도3은 용기목부(120, 220)의 대향측인 용기몸체(110, 220)의 일측을 서로 접촉시킨 저장용기 형상이고, 도4는 도3의 저장용기 형상에서 용기목부(120, 220)를 양측에 구비시킨 저장용기 형상이며, 도5는 도3의 저장용기 형상에서 내부용기목부(120)와 외부용기목부(220)의 일부를 접촉시키지 않은 저장용기 형상이고, 도6은 도5의 저장용기 형상에서 용기목부(120, 220)를 양측에 구비시킨 저장용기 형상이며, 도7은 도3의 저장용기 형상에서 용기목부(120, 220)의 대향측인 용기몸체(110)의 일측을 서로 접촉시키지 않은 저장용기 형상이고, 도8은 도7의 저장용기 형상에서 내부용기목부(120)와 외부용기목부(220)의 일부를 접촉시키지 않은 저장용기 형상이다.
본 발명에 따른 다중벽으로 다중공간을 구비한 압력유체 저장용기, 저장방법 및 그 제조방법에 있어서, 도3 내지 도8에 나타낸 여러 실시예는 발명의 기술적 사상은 동일하고 용기의 제조나 유체의 용도 및 특성에 따라 용이하면서 경제적인 제 조가 가능함을 나타낸 것이다. 이는 전술한 유체 저장용기 구조나 후술할 유체 저장방법 및 유체 저장용기 제조방법에서도 유사하게 적용된다.
또한 본 발명은, 도3 내지 도8에 나타낸 바와 같이, 내부용기(100)를 압출(extrusion), 드로잉(drawing) 또는 스피닝(spinning) 공정에 의하여 하나 이상의 내부용기목부(120)가 구비된 밀폐용기 형상으로 성형하고; 외부용기(200)를 압출, 드로잉 또는 스피닝 공정에 의하여 용기 형상으로 성형하고; 상기 내부용기(100)를 외부용기(200)에 수용시킨 후, 스피닝 공정을 이용하여 하나 이상의 외부용기목부(220)를 성형하여 내부용기(100)와 일체화 시키고; 상기 외부용기(200)로 유체가 입출가능하도록, 상기 외부용기목부(220)에 관통형성되는 복수개의 유체입출구(240)를 성형하는 유체 저장용기 제조방법을 제공한다.
여기에서, 상기 유체입출구(240)는, 외부용기목부(220)의 성형 전에 이루어지거나, 상기 외부용기목부(220)와 내부용기목부(120)를 밀폐접촉시킨 후 드릴링 공정으로 성형하거나 또는 상기 외부용기목부(220)를 내부용기목부(120)에 완전히 밀폐접촉되지 않도록 하여 형성될 수 있다.
상기 용기(100, 200)는 이음매 없는 소성 가공 또는 판재를 용접 가공하여 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 다양한 임의의 가공 공정으로 이루어질 수도 있다.
또한 본 발명은, 도3 내지 도8에 나타낸 바와 같이, 내부용기(100)가 제공되고; 상기 내부용기(100)의 외측방향으로 공간(230)이 구비되고, 상기 공간(230)이 유지되면서 내부용기(100)를 감싸는 하나 이상의 외부용기(200)가 제공되고; 상기 내부용기(100) 및 내부용기(100)와 외부용기(200) 사이의 공간(230)에 하나 이상의 유체를 충전하는 유체 저장방법을 제공한다.
여기에서, 상기 내부용기(100) 및 내부용기(100)와 외부용기(200) 사이의 공간(230)에 충전되는 유체는 이종(異種) 유체이거나 또는 동종 유체일 수 있다. 즉, 상기 다중공간이 구비된 저장용기 및 저장용기에 구비된 다중공간에 이종 또는 동종 유체를 그 혼합비 또는 압력차 등에 맞춰서 충전하는 것에 의하여 저장용기의 경량화 및 저장용기에 저장되는 유체의 누출을 방지할 수 있다.
또한, 상기 내부용기(100)와 외부용기(200)에 유체를 충전하거나 그 반대의 경우, 상기 내부용기(100)와 외부용기(200) 사이의 압력을 압력조절밸브, 차압밸브 또는 안전밸브 등과 같은 유체입출수단(300)을 이용하여 계획된 압력차가 지속유지되도록 한다.
유체 유동에 있어서 압력이 서로 다른 공간사이에서 확산에 의한 누출은 물질의 농도가 서로 다른 공간사이에서 균일한 압력이나 농도가 되기 위해 자연적으로 발생하는 현상으로 기체나 액체(유체)에서 특히 활발히 일어난다. 이러한 원리를 이용하여 본 발명은 유체가 저장된 저장용기의 내부압력과 저장용기 바깥쪽의 대기압과의 압력차에 의해서 저장용기내의 높은 압력의 유체가 상대적으로 압력이 낮은 대기중으로 유출 또는 확산으로 인한 누출을 막기 위해 안출된 것으로, 특히 수소나 헬륨 가스 등과 같이 분자의 크기(분자량)가 매우 작고 침투성이 큰 유체는 금속의 불완전한 틈으로 침투 확산되어 누출되는데, 본 발명은 이러한 것을 방지하기 위한 것이다. 이에 따라, 상기 유체충전은, 상기 내부용기(100)에 분자량이 작 은 유체를 저장하고, 상기 외부용기(200)에 내부용기(100)에 저장된 유체보다 분자량이 큰 유체를 저장하며, 이러한 유체충전에 의하여 상기 내부용기(100)의 유체가 확산에 의해 누출되는 것을 방지한다.
상기 유체충전은, 상기 외부용기(200)에 내부용기(100)와 같거나 또는 높은 압력의 유체로 충전함에 의하여 상기 내부용기(100)에 압축응력을 가하고, 이러한 유체충전에 의하여 상기 내부용기(100)에서 유출이 발생될 수 있는 취약 부분을 방지함과 동시에 상기 내부용기(100) 내부에 축적된 변형률에너지가 확산에 의해 유체가 누출됨을 방지한다.
다시 말해서, 어떤 분리벽이 있을 때 압력이 같으면 유출이 일어나지 않으며, 역방향의 압력차를 가할 경우에 원하지 않는 방향의 유출을 막을 수 있다는 원리와 저장용기에 압축응력을 가함으로써 장차 유출을 일으킬 수 있는 용기의 취약 부분의 성장을 방지함과 동시에 용기 내부에 축적된 변형률 에너지가 가스분자의 투과를 방해하여 확산 누출을 저감시킬 수 있다는 원리를 이용한 것이다. 이에 따라, 유출 혹은 누출되기 쉬운 가스나 유해한 가스를 높은 압력으로 내부용기(100)에 저장하고, 동시에 그 내부용기(100)를 감싸는 외부용기(200)에는 상대적으로 확산계수가 낮아 분리벽을 침투 관통하기 어려운 유체를 같은 압력 또는 보다 높은 압력으로 충전함으로써, 상기 내부용기(100)의 유체가 유출되거나 누출되어 나오는 것을 효과적으로 막을 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 내부용기(100) 자신이 갖는 강도 이상으로도 압력을 채울 수 있는 방법을 제공한다, 즉, 상기 유체충전은, 상기 외부용기(200)에 내부 용기(100)보다 작은 압력을 형성함에 의해 상기 내부용기(100) 그 자체가 보유한 강도보다 높은 압력에 견딜 수 있다.
예를 들어, 상기 내부용기(100)에 1,000기압의 압력으로 유체를 충전해야 할 경우, 상기 내부용기(100)에는 1,000기압의 압력으로 유체를 충전하고 동시에 외부용기(200)에는 500기압의 압력으로 유체를 충전하면, 상기 내부용기(100)는 외부용기(200)에서 가압하는 압력을 뺀 압력, 즉 500기압에만 견디면 되고, 상기 외부용기(200)는 외부용기(200)에 걸리는 500기압에만 견디면 되므로 낮은 강도의 내부용기(100)로도 훨씬 더 높은 압력으로 유체를 충전할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 일산화탄소, 시안가스(cyanogas), 포르말린(formalin) 등과 같은 유독성 가스와 염산, 질산, 아황산(sulfer dioxide), 염소, 황화수소(hydrogen sulfide) 가스 등과 같은 부식성 가스들이 대기환경 중으로 직접 유출 혹은 누출되지 못하도록 안전하게 저장하기 위한 방법을 제공하고, 또한 상기 용기(100, 200)에 부식에 강한 코팅 등의 처리를 하여 효과적이고 안전하게 저장할 수 있다.
다시 말해서, 상기 유체충전은, 상기 내부용기(100)에 유독성 유체를 충전하고, 상기 외부용기(200)에는 내부용기(100)에 저장된 유독성 유체를 중화시키는 유체를 충전하며, 이러한 유체충전에 의하여 상기 내부용기(100)에서 누출이나 폭발이 일어날 경우 상기 유독성 유체를 중화시킨다. 예를 들어, 상기 내부용기(100)에 화학전 등에서 사용되는 포스겐(COCL2: phosgene)을 충전하고 상기 외부용기(200)에 암모니아(NH3)를 충전하여, 상기 내부용기(100)에서 누출이나 폭발이 일어날 경우 상기 포스겐 가스를 암모니아에 의하여 중화시킬 수 있으므로, 안전성을 확보할 수 있다.
상기 유체충전은, 상기 내부용기(100)에 부식성 유체를 충전하고, 상기 외부용기(200)에는 내부용기(100)에 저장된 부식성 유체를 중화시키는 유체를 충전하며, 이러한 유체충전에 의하여 상기 내부용기(100)에서 누출이나 폭발이 일어날 경우 상기 부식성 유체를 중화시킨다.
상기 유체충전은, 상기 내부용기(100)에 폭발성 유체를 충전하고, 상기 외부용기(200)에는 내부용기(100)에 저장된 폭발성 유체를 중화시키는 유체를 충전하며, 이러한 유체충전에 의하여 상기 내부용기(100)에서 누출이나 폭발이 일어날 경우 상기 폭발성 유체를 중화시킨다. 전술한 예와 유사하게, 폭발성 유체로는 메탄, 수소, 아세틸렌(acetylene), 프로판(propane) 등이 있는데, 이는 산소와 반응하여 폭발되므로, 외부용기(200)에 일예로 물을 충전하여 중화시킬 수도 있다.
이와 같은 저장용기 및 저장방법에 의해서 저장용기의 경량화를 실현하면서도 유체의 유출 및 누출을 효과적으로 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 다중벽으로 다중공간을 형성한 저장용기는, 경량화, 소형화 및 유체가 유출되거나 누출되어 나오는 것을 효과적으로 방지할 수 있으며, 제조가 용이한 형상을 갖도록 하여 경제적인 제조가 가능하도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 저장용기에 의하여 보다 다양한 종류의 유체를 저장할 수 있으므로, 보다 환경친화적이고 에너지를 절약할 수 있는 효과도 있다.
또한, 본 발명에 따른 내부용기는 외부용기와의 압력차에 해당되는 만큼의 구조적 강도만을 가지고 있으면 되므로 대폭적인 경량화를 달성할 수 있는 효과도 있다.
또한 본 발명은, 유독성 유체나 부식성 유체를 안전하게 저장할 수 있고, 용기에 부식에 강한 코팅 등의 처리를 함으로써, 보다 효과적이고 안전하게 저장할 수도 있는 효과도 있다.
또한 본 발명은, 폭발성이 강한 유체를 사용해야 하는 경우, 내부용기에 폭발성이 강한 유체를 저장하고 외부용기에는 내부용기에 저장된 폭발성 유체를 중화시키는 유체를 충전하여, 폭발되었을 때 외부용기에 저장된 유체와 반응하여 폭발성 유체가 중화시킬 수 있는 효과도 있다.

Claims (18)

  1. 밀폐 형태의 내부용기;
    상기 내부용기의 외측방향으로 공간이 구비되고, 상기 공간이 유지되면서 내부용기를 감싸 밀폐 형태로 형성되는 하나 이상의 외부용기; 및
    상기 내부용기 및 내부용기와 외부용기 사이의 공간에 충전되는 하나 이상의 유체를 포함하며,
    상기 내부용기와 외부용기는 금속재, 비금속재 또는 비정질금속 중 어느 하나로 이루어지거나 또는 상기 재료 중 각각 서로 다른 재료로 이루어지는
    유체 저장용기 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내부용기와 외부용기에 유체를 충전하거나 그 반대의 경우, 상기 내부용기와 외부용기 사이의 압력을 조절할 수 있도록 상기 유체가 입출되는 내부용기 및 외부용기의 단부에 배치되는 압력조절밸브, 차압밸브 또는 안전밸브 중 하나 이상으로 이루어지는 것
    을 더 포함하는 유체 저장용기 구조.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 내부용기는
    유체가 주입되어 저장되는 내부용기몸체;
    상기 내부용기몸체의 일측 또는 타측으로부터 연장형성되어 유체가 입출되는 하나 이상의 내부용기목부; 및
    상기 내부용기목부의 단부에 형성되어 유체의 주입 후에 밀폐시키는 밀폐부재
    를 포함하며,
    상기 외부용기는
    상기 내부용기의 외측방향에 공간이 형성되고, 상기 공간이 유지되면서 내부용기몸체를 감싸며 그 공간으로 유체가 저장되는 외부용기몸체;
    상기 외부용기몸체의 일측 또는 타측으로부터 연장형성되고, 상기 내부용기목부와 밀폐접촉되는 하나 이상의 외부용기목부; 및
    상기 외부용기몸체의 공간으로 유체가 입출가능하도록, 상기 외부용기목부에 관통형성되는 복수개의 유체입출구
    를 포함하는 유체 저장용기 구조.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 내부용기에 소정의 압력으로 유체를 충전하는 경우, 상기 내부용기 및 내부용기와 외부용기 사이의 공간을 등압력 상태로 하거나 적은 압력차의 상태로 함에 의해 내부용기의 두께를 감소시키는
    유체 저장용기 구조.
  6. 삭제
  7. 내부용기가 제공되고;
    상기 내부용기의 외측방향으로 공간이 구비되고, 상기 공간이 유지되면서 내부용기를 감싸는 하나 이상의 외부용기가 제공되고;
    상기 내부용기 및 내부용기와 외부용기 사이의 공간에 하나 이상의 유체를 충전하는 것을 포함하고,
    상기 내부용기와 외부용기는 금속재, 비금속재 또는 비정질금속 중 어느 하나로 이루어지거나 또는 상기 재료 중 각각 서로 다른 재료로 이루어지는
    유체 저장방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 내부용기와 외부용기에 유체를 충전하거나 그 반대의 경우, 상기 내부용기와 외부용기 사이의 압력을 조절하는
    유체 저장방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 압력조절은
    압력조절밸브, 차압밸브 또는 안전밸브 중 하나 이상으로 이루어지는
    유체 저장방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 유체충전은, 상기 내부용기에 분자량이 작은 유체를 저장하고, 상기 외부용기에 내부용기에 저장된 유체보다 분자량이 큰 유체를 저장하며,
    이러한 유체충전에 의하여 상기 내부용기의 유체가 확산에 의해 누출되는 것을 방지하는
    유체 저장방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 유체충전은, 상기 외부용기에 내부용기와 같거나 또는 높은 압력의 유체로 충전함에 의하여 상기 내부용기에 압축응력을 가하고,
    이러한 유체충전에 의하여 상기 내부용기에서 유출이 발생될 수 있는 취약 부분을 방지함과 동시에, 상기 내부용기 내부에 축적된 변형률에너지가 확산에 의해 유체가 누출됨을 방지하는
    유체 저장방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 유체충전은
    상기 외부용기에 내부용기보다 작은 압력을 형성함에 의해 상기 내부용기 그 자체가 보유한 강도보다 높은 압력에 견딜 수 있는
    유체 저장방법.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 유체충전은, 상기 내부용기에 유독성 유체를 충전하고, 상기 외부용기에는 내부용기에 저장된 유독성 유체를 중화시키는 유체를 충전하며,
    이러한 유체충전에 의하여 상기 내부용기에서 누출이나 폭발이 일어날 경우 상기 유독성 유체를 중화시키는
    유체 저장방법.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 유체충전은, 상기 내부용기에 부식성 유체를 충전하고, 상기 외부용기에는 내부용기에 저장된 부식성 유체를 중화시키는 유체를 충전하며,
    이러한 유체충전에 의하여 상기 내부용기에서 누출이나 폭발이 일어날 경우 상기 부식성 유체를 중화시키는
    유체 저장방법.
  15. 제7항에 있어서,
    상기 유체충전은, 상기 내부용기에 폭발성 유체를 충전하고, 상기 외부용기에는 내부용기에 저장된 폭발성 유체를 중화시키는 유체를 충전하며,
    이러한 유체충전에 의하여 상기 내부용기에서 누출이나 폭발이 일어날 경우 상기 폭발성 유체를 중화시키는
    유체 저장방법.
  16. 내부용기를 압출, 드로잉 또는 스피닝 공정에 의하여 하나 이상의 내부용기목부가 구비된 밀폐용기 형상으로 성형하고;
    외부용기를 압출, 드로잉 또는 스피닝 공정에 의하여 용기 형상으로 성형하고;
    상기 내부용기를 외부용기에 수용시킨 후, 스피닝 공정을 이용하여 하나 이상의 외부용기목부를 성형하여 내부용기와 일체화 시키고;
    상기 외부용기로 유체가 입출가능하도록, 상기 외부용기목부에 관통형성되는 복수개의 유체입출구를 성형하는
    유체 저장용기 제조방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 유체입출구는
    상기 외부용기목부의 성형 전에 이루어지거나, 상기 외부용기목부와 내부용기목부를 밀폐접촉시킨 후 드릴링 공정으로 성형하거나 또는 상기 외부용기목부를 내부용기목부에 완전히 밀폐접촉되지 않도록 하여 형성되는 공정 중 어느 하나의 공정으로 이루어지는
    유체 저장용기 제조방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 용기는
    이음매 없는 소성 가공 또는 판재를 용접 가공하여 이루어지는
    유체 저장용기 제조방법.
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