KR100758666B1 - An extremely low temperature liquid fuel storage tank using the heat recovery cycle - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열회수 싸이클을 이용한 차량용 초저온 액체연료 저장탱크에 관한 것이다.The present invention relates to a cryogenic liquid fuel storage tank for a vehicle using a heat recovery cycle.
본 발명에 따른 액체연료 저장탱크는, 액체연료가 저장되는 내부탱크와, 상기 내부탱크를 수용하는 외부탱크와, 상기 외부탱크와 내부탱크 사이에 배치되는 단열용 배관과, 상기 외부탱크에 인접 배치되며 그 내부에 밀폐된 공간이 제공되는 중공의 열교환기를 포함하여 구성되고, 상기 단열용 배관 양 단부는 외부탱크를 거쳐 상기 열교환기에 연결되며, 액체연료가 배출되는 배출관은 상기 내부탱크로부터 연장되어 상기 열교환기 내부를 경유하도록 되어 있는 것을 구성의 요지로 한다.The liquid fuel storage tank according to the present invention includes an inner tank for storing liquid fuel, an outer tank for accommodating the inner tank, an insulation pipe disposed between the outer tank and the inner tank, and disposed adjacent to the outer tank. And a hollow heat exchanger provided with an enclosed space therein, and both ends of the heat insulating pipe are connected to the heat exchanger through an outer tank, and a discharge pipe from which liquid fuel is discharged extends from the inner tank. The point of configuration is to pass through the inside of a heat exchanger.
초저온 액체연료, 2중 저장탱크, 단열용 배관, 열교환기 Cryogenic Liquid Fuel, Dual Storage Tank, Insulation Pipe, Heat Exchanger
Description
도 1은 종래 차량용 액체연료 저장탱크 구성을 개략적으로 나타낸 사시도.1 is a perspective view schematically showing the configuration of a liquid fuel storage tank for a conventional vehicle.
도 2는 본 발명에 따른 열회수 싸이클을 이용한 초저온 액체연료 저장탱크의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 사시도. Figure 2 is a perspective view schematically showing the overall configuration of the cryogenic liquid fuel storage tank using a heat recovery cycle according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 열회수 싸이클을 이용한 초저온 액체연료 저장탱크의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 단면 구성도.Figure 3 is a schematic cross-sectional view showing the overall configuration of the cryogenic liquid fuel storage tank using the heat recovery cycle according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 액체연료 저장탱크의 내부 구성을 보여주기 위한 절개 사시도.Figure 4 is a cutaway perspective view showing the internal configuration of the liquid fuel storage tank according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 초저온 액체연료 저장탱크의 작동상태를 나타낸 도면.5 is a view showing the operating state of the cryogenic liquid fuel storage tank according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10...내부탱크 20...외부탱크10 ...
30...단열용 배관 40...열교환기30 ...
50...배출관50.Exhaust pipe
본 발명은 차량용 초저온 액체연료 저장탱크에 관한 것으로, 상세하게는 외부탱크 내부에 내부탱크가 이격 수용된 이중 탱크 구조의 액체연료 저장탱크의 상기 외부탱크와 내부탱크 사이에 단열용 배관을 배치함으로써, 외부로부터 침입되는 열을 효과적으로 차단함과 동시에 단열효과를 높일 수 있고, 이에 따라 액체연료의 기화를 최대한 방지하여 액체 연료의 저장기간을 보다 향상시킬 수 있는 열회수 싸이클을 이용한 차량용 초저온 액체연료 저장탱크에 관한 것이다.The present invention relates to a cryogenic liquid fuel storage tank for a vehicle, and more particularly, by disposing a heat insulating pipe between the outer tank and the inner tank of the liquid fuel storage tank of a double tank structure in which the inner tank is spaced apart from the inner tank. In the cryogenic liquid fuel storage tank for vehicles using a heat recovery cycle that can effectively block the heat invading from and increase the heat insulation effect, thereby preventing the liquid fuel vaporization as much as possible to further improve the storage period of the liquid fuel will be.
일반적으로 초저온 액체연료 저장탱크 내부에 충전된 액체연료를 장기간 보존하기 위해 외부 열을 차단하는 단열 방식으로는, 탱크의 내외벽 사이에 폴리우레탄 폼을 주입하거나, 퍼라이트(Perlite) 진공단열, 그리고 다층 진공단열(Multi-layer vacuum insulation, Super insulation, 이하 '수퍼단열'이라 함) 등이 적용되고 있다. In general, a thermal insulation method that blocks external heat for long-term preservation of liquid fuel filled in a cryogenic liquid fuel storage tank, injects polyurethane foam between the inner and outer walls of the tank, perlite vacuum insulation, and multilayer Vacuum insulation (Multi-layer vacuum insulation, Super insulation, hereinafter referred to as 'super insulation') has been applied.
이들 중 액체수소(-253℃)와 같이 기화온도가 극저온에 달하는 초저온 유체의 저장에는 현재 수퍼 단열방식으로 불리는 2중 진공단열이 적용되고 있다. 이 단열 방식은 내·외부탱크 사이에 복사열 차단을 위한 마일러(Mylar, Polyethylene tetraphthalate)로 불리는 얇은 은박지 30∼50장을 권취 적층시켜 내부탱크 내부 진공을 1×10-5 Torr 이상의 고진공으로 유지하는 방식이다. 이 방식에 의한 열전도도 값은 약 3.7×10-5 W/mK으로 폴리우레탄폼 단열 방식(k=2.4×10-2 W/mK)의 약 1/1000로서 탱크 내부에 저장된 유체의 일일 기화율을 5% 이내로 유지시킬 수 있다.Among them, double vacuum insulation, which is called super-insulation method, is currently used for the storage of cryogenic fluids having a very low vaporization temperature such as liquid hydrogen (-253 ° C). This insulation method winds and stacks 30-50 sheets of thin silver foil called Mylar (Polyethylene tetraphthalate) to shield radiant heat between inner and outer tanks to maintain a high vacuum of 1 × 10 -5 Torr or higher. That's the way. The thermal conductivity value of this method is about 3.7 × 10 -5 W / mK, which is about 1/1000 of the polyurethane foam insulation method (k = 2.4 × 10 -2 W / mK), and the daily vaporization rate of the fluid stored inside the tank Can be kept within 5%.
그러나 승용차나 대형 버스 연료로 사용되는 액체수소(LH2)용 저장탱크와 액화천연가스(LNG)용 저장탱크의 경우 연료의 기화율을 최소화시켜 탱크내 연료를 보다 장기간 보존시키기 위해서는 보다 효과적인 단열방법이 요구된다. 이는 차량을 가동하지 않을 경우를 고려했을 때 연료의 기화량을 최소화시키는 것이 연료의 사용 효율 및 차량 연비와 직결되기 때문이다.However, in the case of a storage tank for liquid hydrogen (LH 2 ) and a liquid natural gas (LNG) used as a passenger car or a large bus fuel, a more effective thermal insulation method is required to minimize fuel vaporization rate and to preserve fuel in the tank for a longer time. Is required. This is because minimizing the amount of vaporization of fuel is directly related to fuel efficiency and vehicle fuel efficiency when the vehicle is not operated.
이를 위하여 최근에는 기존 2중 탱크 형식의 연료탱크 외부탱크와 내부탱크 사이에 액체공기 실린더를 가설하여 외부로부터의 침입 열을 흡수/차단하고, 이에 따라 단열 효과를 향상시킬 수 있도록 한 차량용 액체수소 저장탱크가 제안된 바 있으며, 이는 도 1에 도시된 바와 같은 구조로 이루어져 있다.To this end, recently, liquid air cylinders have been installed between the external and internal tanks of the conventional two-tank type fuel tanks to absorb / block heat from the outside, thereby storing liquid hydrogen for vehicles. A tank has been proposed, which has a structure as shown in FIG.
즉, 도 1은 종래 차량용 액체수소 저장탱크 구성을 개략적으로 나타낸 사시도로서, 종래 차량용 액체수소 저장탱크는 3중 실린더로 구조로 되어 있다. 보다 구체적으로, 종래 차량용 액체수소 저장탱크는 초저온 액체인 액체수소(-253℃)가 저장되는 내부실린더(1)와, 중간에 개입된 액체공기 실린더(3)와, 그리고 외부실린더(2)로 구성되어 있다. 이러한 구조는 기존의 2중 실린더 형식의 연료탱크 중간에 액체공기 실린더(3)를 개입시킴으로써 이를 통해 외부로부터의 침입 열을 흡수/차 단하여 단열 효과를 향상시킬 수 있도록 한 것이다. That is, Figure 1 is a perspective view schematically showing the configuration of a conventional liquid hydrogen storage tank for a vehicle, the conventional liquid hydrogen storage tank for vehicles is a triple cylinder structure. More specifically, the conventional liquid hydrogen storage tank for vehicles includes an inner cylinder (1) in which liquid hydrogen (-253 ° C), which is cryogenic liquid, is stored, a liquid air cylinder (3) intervening in the middle, and an outer cylinder (2). Consists of. Such a structure allows the
이와 같은 액체수조 저장탱크에 따르면, 내부실린더(1)에 저장된 액체수소가 실린더(3) 바깥으로 공급될 때 열교환기(4)를 통과하면서 기화되고, 이때 접촉한 대기 중의 공기는 초저온(-193℃)에서 액화되어 중간 실린더인 액체공기 실린더(2)에 주입되어 외부로부터 침입되는 열을 흡수/차단함으로써, 내부실린더(1)에 저장된 액체연료의 기화를 지연시킨다. 여기서 상기 액체공기가 액체공기 실린더(2)로 주입될 수 있는 것은 실린더 내부의 압력이 저온으로 인하여 저하되어 있기 때문에 가능하다. According to such a liquid tank storage tank, the liquid hydrogen stored in the inner cylinder (1) is evaporated while passing through the heat exchanger (4) when supplied to the outside of the cylinder (3), the air in contact with the atmosphere is very low temperature (-193) The vaporization of the liquid fuel stored in the
그러나, 위와 같은 종래 기술은 대기 중의 공기가 액체공기 실린더(2) 내부로 주입되면서 공기 중에 포함되어 있던 수분이나 이산화탄소가 지속적으로 응결되어 실린더에 주입되는 단점이 있다. 이로 인하여 액체공기 순환 시 열교환기가 막혀 열교환기 성능, 나아가 장치의 전체적인 성능이 저하되는 문제가 발생되며, 3중 실린더 구조로서 제작이 매우 어렵고 이로 인해 제작비용이 큰 단점이 있다. However, the prior art as described above has the disadvantage that the moisture or carbon dioxide contained in the air is continuously condensed and injected into the cylinder while the air in the atmosphere is injected into the
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 안출한 것으로, 외부탱크 내부에 내부탱크가 이격 수용된 이중 탱크 구조의 초저온 액체연료 저장탱크의 상기 외부탱크와 내부탱크 사이에 단열용 배관을 배치하여 하나의 열교환 싸이클을 형성함으로써, 간단한 구조로서 제작이 매우 용이하고, 외부로부터 침입되는 열을 효과적으로 흡수/차단함과 동시에 단열효과를 높일 수 있으며, 이에 따라 액체연료의 기화를 최대한 방지하여 액체 연료의 저장기간을 보다 향상시킬 수 있는 열회수 싸이클을 이용한 차량용 초저온 액체연료 저장탱크를 제공하는 데에 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and the heat insulating pipe between the outer tank and the inner tank of the cryogenic liquid fuel storage tank of the double tank structure in which the inner tank is spaced inside the outer tank. By arranging one heat exchange cycle, it is easy to manufacture as a simple structure, and it can effectively absorb / block heat invading from the outside and at the same time increase the heat insulating effect. It is an object of the present invention to provide a cryogenic liquid fuel storage tank for a vehicle using a heat recovery cycle that can further improve the storage period of the fuel.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따르면, 초저온 액체연료를 저장하기 위한 연료탱크로서, 액체연료가 저장되는 내부탱크와, 상기 내부탱크를 수용하는 외부탱크와, 상기 외부탱크와 내부탱크 사이에 배치되는 단열용 배관과, 상기 외부탱크에 인접 배치되며 그 내부에 밀폐된 공간이 제공되는 중공의 열교환기를 포함하여 구성되고, 상기 단열용 배관 양 단부는 외부탱크를 거쳐 상기 열교환기에 연결되며, 액체연료가 배출되는 배출관은 상기 내부탱크로부터 연장되어 상기 열교환기 내부를 경유하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 열회수 싸이클을 이용한 차량용 초저온 액체연료 저장탱크를 제공한다.According to an embodiment of the present invention for achieving the above object, as a fuel tank for storing cryogenic liquid fuel, an inner tank for storing liquid fuel, an outer tank for receiving the inner tank, the outer tank and the inner And a heat exchanger disposed between tanks, and a hollow heat exchanger disposed adjacent to the outer tank and provided with a sealed space therein, and both ends of the insulation pipe connected to the heat exchanger through an outer tank. The discharge pipe for discharging the liquid fuel provides a cryogenic liquid fuel storage tank for a vehicle using a heat recovery cycle, characterized in that it extends from the inner tank and passes through the heat exchanger.
바람직하게는, 상기 단열용 배관은 원형 또는 타원형 단면을 갖는 동관이 상기 내부탱크 외벽에 환형으로 권취된 구성일 수 있으며, 이와는 다르게 상기 내부탱크 외벽에 원통형 드럼형태로 설치된 구성일 수도 있다.Preferably, the heat insulation pipe may have a configuration in which a copper tube having a circular or elliptical cross section is wound in an annular shape on the inner wall of the inner tank, or alternatively, may be configured in the form of a cylindrical drum on the outer wall of the inner tank.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
첨부도면 도 2, 도 3은 각각 본 발명에 따른 열회수 싸이클을 이용한 초저온 액체연료 저장탱크의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 사시도 및 단면 구성도이며, 도 4는 본 발명에 따른 액체연료 저장탱크의 내부 구성을 보여주기 위한 절개 사시도이다.2 and 3 are a perspective view and a cross-sectional view schematically showing the overall configuration of the cryogenic liquid fuel storage tank using the heat recovery cycle according to the present invention, Figure 4 is an internal configuration of the liquid fuel storage tank according to the present invention Incision perspective to show.
도 2 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 상기 초저온 액체연료 저장탱크는 기화점이 초저온에 달하는 액체연료, 구체적으로, 액체수소(-253℃) 또는 액화천연가스(LNG, -193℃)와 같은 초저온 액체연료를 보다 오랜 시간동안 저장하기 위한 것으로, 액체연료가 저장되는 내부탱크(10)와 상기 내부탱크(10)를 수용하는 외부탱크(20)를 구비한다. 상기 외부탱크(20)와 내부탱크(10) 사이에는 단열용 배관(30)이 배치되어 외부로부터 침입되는 열을 흡수/차단하며, 상기 외부탱크(20)의 외부에는 그 내부에 밀폐된 공간이 제공되는 중공의 열교환기(40)가 인접하게 배치된다.2 to 3, the cryogenic liquid fuel storage tank according to the present invention is a liquid fuel having a vaporization point of ultra-low temperature, specifically, liquid hydrogen (-253 ℃) or liquefied natural gas (LNG, -193 ℃) and In order to store the same cryogenic liquid fuel for a longer time, it is provided with an
이때, 상기 단열용 배관(30) 양 단부는 외부탱크(20)를 거쳐 상기 열교환기(40)와 연결되며, 액체연료가 배출되는 배출관(50)은 상기 내부탱크(10)로부터 연장되어 탱크 외부에 배치된 상기 열교환기(40) 내부를 경유한다. 따라서 내부탱크(10)에 저장된 초저온 액체연료는 배출관(50)을 통해 외부로 송출될 때 열교환기(40)를 거치면서 단열용 배관(30)에 충전된 냉매와 열교환이 이루어진다. At this time, both ends of the
위와 같은 본 발명의 구성을 좀 더 구체적으로 살펴보기로 한다.The configuration of the present invention as described above will be described in more detail.
상기 내부탱크(10)에는 초저온 액체연료가 충전되어 저장된다. 이러한 내부탱크(10)는 복수의 리브(또는 브래킷)를 매개로 상기 외부탱크(20) 내벽과 일정 공간을 두고 안정되게 지지되어 있다.The
단열용 배관(30)은 상기 내부탱크(10) 외벽에 밀착 설치되어 외부탱크(20)를 통해 외부로부터 침입되는 열을 흡수/차단한다. 이러한 단열용 배관(30)은 그 내부에 냉매가 충전된 후 밀폐된 일반적인 구조이며, 그 외벽은 이 외벽에 다층으로 권취되는 마일러 은박지(미도시)를 통해 보호된다.The
여기서, 상기 냉매는 상기 내부탱크(10)에 저장되는 액체연료의 종류에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 내부탱크(10)에 저장된 액체연료가 액체수소인 경우에 액체수소보다 액화점이 높은 액체질소나 고압의 질소가스가 냉매로서 이용될 수 있다.Here, the refrigerant may vary depending on the type of liquid fuel stored in the
상기와 같은 단열용 배관(30)으로는 원형 또는 타원형 단면을 갖는 동관 또는 강관이 이용될 수 있으며, 그 내부에는 냉매의 원활한 흐름을 위해 나사산(Groove 또는 Wick)이 형성된 관이 이용될 수 있다.Copper or steel pipes having a circular or elliptical cross section may be used as the
그리고, 상기 단열용 배관(30)은 도 4에서와 같이 상기 내부탱크(10) 외벽에 환형 즉, 나선형태로 권취된 구성으로 이루어질 수 있으며, 이와는 다르게, 도면상에는 미도시되었으나 상기 내부탱크 외벽에 인접하여 원통 드럼형상(Cylinder)으로 설치된 구성으로 이루어질 수도 있다.In addition, the
상기와 같이 내부탱크(10)를 감싸는 단열용 배관(30)의 양 단부는 외부탱크(20)를 거쳐 상기 열교환기(40)에 연결된다. 구체적으로, 상기 열교환기(40) 일측 상부와 타측 하부에는 냉매 유입구(42)와 유출구(44)가 각각 형성되어 있어서 상기 단열용 배관(30)의 일측 단부는 상기 열교환기 일측 상부의 유입구(42)와 연결되며, 다른 일측 단부는 상기 열교환기 타측 하부의 유출구(44)에 연결된다.Both ends of the
따라서, 상기 내부탱크(10) 주변을 경유하면서 외부 열을 흡수한 기화된 냉매는 상기 냉매 유입구(42)를 통해 밀폐된 열교환기(40) 내부로 유입되며, 열교환기(40)를 통해 외부로 열을 방출하면서 액상으로 상변환 된 냉매는 열교환기(40) 내부 바닥면에 고이면서 자중에 의해 상기 냉매 유출구(44)를 통해 단열용 배관(30)로 흘러 들어간다.Therefore, the vaporized refrigerant absorbing the external heat while passing around the
한편, 액체연료가 배출되는 상기 배출관(50)은 상기 내부탱크(10)로부터 연장되어 탱크 외부에 배치된 상기 열교환기(40) 내부를 경유한다. 이때, 상기 배출관(50) 중 상기 열교환기(40) 내부를 경유하는 배출관 일부는 일반 열교환기와 동일하게 상기 열교환기(40) 내부에서 상,하 또는 좌,우로 연속 절곡된 형상을 취한다.Meanwhile, the
상기와 같이 구성된 본 발명의 작동 및 효과를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Operation and effects of the present invention configured as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 5는 본 발명에 따른 초저온 액체연료 저장탱크의 작동상태를 나타낸 도면으로서, 내부탱크 내부에 충전되어 있던 초저온 액체연료 배출에 따른 열교환기 및 단열용 배관 내 냉매의 순환과정을 보여주고 있다. 본 실시 예에서는 내부탱크에 충전된 액체연료로서 기화온도가 -253℃인 액체수소일 경우를 예를 들어 설명한다.5 is a view showing the operating state of the cryogenic liquid fuel storage tank according to the present invention, showing the circulation process of the refrigerant in the heat exchanger and heat insulating pipe according to the discharge of the cryogenic liquid fuel filled in the inner tank. In the present embodiment, a case where the liquid fuel filled in the inner tank is a liquid hydrogen having a vaporization temperature of -253 ℃.
도 5를 참조하여 본 발명의 작동 및 효과를 살펴보면, 액체수소 저장탱크인 경우 단열용 배관(30) 내부에는 탱크내 저장 액체인 액체수소보다 액화점이 높은 액체질소나 고압의 질소가스가 충전된 후 밀폐되어 있으며, 내부탱크(10)로부터 배출되는 액체수소는 열교환기(40) 내부를 경유하도록 되어 있다. Looking at the operation and effect of the present invention with reference to Figure 5, in the case of the liquid hydrogen storage tank after the liquid nitrogen or a high pressure nitrogen gas is filled with a high liquefied point than the liquid hydrogen as the storage liquid in the tank inside the
따라서, 상기 내부탱크(10)의 초저온 유체(-253℃ 액체수소)는 외부로 송출될 때 상기 열교환기(40)를 거치면서 단열용 배관(30) 내부의 질소가스와 열교환이 이루어지며, 상기 단열용 배관(30)내 충전된 냉매 즉, 질소가스는 상기 초저온 유체의 영향을 받아 액화된 후 단열용 배관(30)를 따라 내부탱크(10)와 외부탱크(20) 사이를 경유하면서 외부로부터 침입되는 열을 흡수/차단하여 내부탱크(10) 내부에 충전된 액체연료 즉, 액체수소의 기화를 최대한 방지한다. Therefore, the cryogenic fluid (-253 ° C. liquid hydrogen) of the
이를 보다 구체적으로 살펴보면, 밀폐된 열교환기(40) 내부의 냉매 즉, 액체질소는 외부 대기로부터의 열유입에 의하여 지속적으로 기화된다. 기화된 질소가스는 기화와 동시에 열교환기 내부에서 상승하여 이러한 열교환기(40)를 통과하는 -253℃의 액체수소와 열교환하여 -196℃의 액체질소가 된다. 액화된 질소는 다른 단열용 배관(30)의 원리와 동일하게 중력에 의하여 열교환기의 유입구(42)를 통해 단열용 배관(30) 내부로 흘러들어가 내부탱크 주변을 경유하면서 외부로부터 침입되는 열을 흡수/차단한다. In more detail, the refrigerant inside the sealed
이때, 상기 단열용 배관(30) 내부 압력은 냉매 즉, 액체질소의 일부 액화로 인하여 진공이 형성된다. 따라서 지속적인 외부 열유입으로 단열용 배관(30) 내부의 액체질소의 일부는 다시 기화되고 열교환기(40)에서 액화되는 싸이클을 통해 계속적인 단열기능을 수행하게 된다.At this time, the internal pressure of the
한편, 질소가스와 열교환된 액체수소는 온도가 상승하여 기체 상태로 변하여 차량용 연료로 송출된다. On the other hand, the liquid hydrogen heat-exchanged with the nitrogen gas is raised to a gas state when the temperature rises and is sent to the vehicle fuel.
상기와 같이 작동하는 본 발명에 따른 효과를 아래 구체적인 실시 예를 통해 살펴보기로 한다.The effects according to the present invention operating as described above will be described through specific examples below.
<실시 예><Example>
단열용 배관 외벽은 마일러(Mylar) 은박지로 다층 감싼다.The outer wall of the insulation pipe is multi-layered in Mylar foil.
내·외부탱크 사이 진공도를 1 × 10-5 Torr 이상의 고진공으로 유지한다. Maintain a high vacuum of 1 × 10 -5 Torr or higher between inner and outer tanks.
아래와 같은 조건을 갖는 100Liter 차량용 연료탱크를 예를 들어 전열량을 산정하면 다음과 같다.For example, a heat transfer amount of a 100 liter vehicle fuel tank having the following conditions is calculated as follows.
100Liter 차량용 외부 실린더의 직경 및 길이 : 450mm, 1250mmDiameter and length of outer cylinder for 100Liter vehicles: 450mm, 1250mm
내부 실린더 직경 : 350mm Inner cylinder diameter: 350mm
외부 실린더 온도 : 300K(27℃)Outer cylinder temperature: 300K (27 ℃)
내부실린더 온도 : 20K(-253℃)Internal cylinder temperature: 20K (-253 ℃)
단열용 배관 온도 : 77K(-196℃) Insulation piping temperature: 77K (-196 ℃)
액체수소 기화 잠열 : 105.78 kcal/kgLatent heat of liquid hydrogen evaporation: 105.78 kcal / kg
액체수소 밀도 : 70.79 kg/m3 Liquid hydrogen density: 70.79 kg / m 3
전열량 산정 : Calculation of heat quantity:
- 실린더부Cylinder
Q = - 2 π L k (To - Ti) / ln ( ro / ri )Q =-2 π L k (To-Ti) / ln (ro / ri)
=-(2)(3.14)(1.25m)(3.7 x 10-5 W/mK)(27+196) / ln (0.225m/0.175m) =-(2) (3.14) (1.25m) (3.7 x 10 -5 W / mK) (27 + 196) / ln (0.225m / 0.175m)
= 0.2577 W= 0.2577 W
- 측면부-Side section
Q = - k A (To - Ti) / X Q =-k A (To-Ti) / X
= - (3.7 x 10-5 W/mK) [(0.225m)2π] (27+253) / (0.05m)=-(3.7 x 10 -5 W / mK) [(0.225m) 2π] (27 + 253) / (0.05m)
= 0.033 W = 0.033 W
- 총 외부 열유입량 : Qt = 0.2577 + 0.033 = 0.2907 WTotal external heat flux: Qt = 0.2577 + 0.033 = 0.2907 W
= 0.2907 J/s x 3600s/h = 1.0466 kJ/h = 0.2504 kcal/h = 0.2907 J / s x 3600 s / h = 1.0466 kJ / h = 0.2504 kcal / h
열유입에 의한 기화되는 액체수소량 :Amount of liquid hydrogen evaporated by heat inflow:
- 시간당 기화 질량 및 체적 : -Evaporation mass and volume per hour:
m = (0.2504/105.78) = 0.00237 kg/h m = (0.2504 / 105.78) = 0.00237 kg / h
V = (0.00237 kg) x (1/70.79) x (1000 Liter) = 0.033 Liter/h V = (0.00237 kg) x (1 / 70.79) x (1000 Liter) = 0.033 Liter / h
- 일일 기화 액체량 :-Daily vaporized liquid amount:
0.033 Liter/h x 24h = 0.8 Liter 0.033 Liter / hx 24h = 0.8 Liter
- 전체량 중 일일 기화율 :-Daily vaporization rate in total:
(0.8 Liter/ 100 Liter) x 100 = 0.8% (0.8 Liter / 100 Liter) x 100 = 0.8%
상기와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 초저온 액체연료 저장탱크에 따르면, 일일 기화율이 0.8%내외로 단열 효과가 매우 우수하다.As described above, according to the cryogenic liquid fuel storage tank according to the embodiment of the present invention, the daily vaporization rate is about 0.8%, the heat insulation effect is very excellent.
상기한 본 발명에 따르면, 외부탱크(20) 내부에 액체연료가 충전되어 저장되 는 내부탱크(10)가 이격 수용되어 있고, 외부탱크(20)와 내부탱크(10) 사이에 단열용 배관(30)을 가설하는 것만으로 종래기술에 비해 보다 향상된 단열효과를 얻을 수 있다. According to the present invention described above, the
결과적으로 본 고안에 따르면, 종래 3중 탱크구조에 비해 작업성을 크게 향상시킬 수 있으며, 저장 유체인 액체연료가 열교환기를 통과하면서 외기에 의해 액화되는 과정에 외기 수분이나 이산화탄소가 탱크 내부에 축적되는 단점을 해소할 수 있다.As a result, according to the present invention, it is possible to greatly improve the workability compared to the conventional triple tank structure, the outside air moisture or carbon dioxide is accumulated in the tank in the process of liquefied by the outside air while the liquid fuel as the storage fluid passes through the heat exchanger It can eliminate the disadvantages.
이상에서 본 발명은 차량용 연료 저장탱크만을 예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 차량용 연료 저장탱크 뿐 아니라 액체수소, 액체질소 등 초저온 액체 저장탱크, 그리고 초저온 유체의 운송차량에도 동일하게 적용될 수 있음은 당업자에게 있어 자명한 사항에 해당된다 할 것이다.In the above description, the present invention has been described using only a vehicle fuel storage tank as an example. However, the present invention may be equally applicable to a cryogenic liquid storage tank such as liquid hydrogen and liquid nitrogen, and a transport vehicle for cryogenic fluid as well as a vehicle fuel storage tank. It would be obvious to him.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 일 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 고안은 상세한 설명에서 언급되는 일 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 고안의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.In addition, the present invention described above may be variously modified and may take various forms, and the detailed description of the present invention has been described with reference to only one embodiment thereof. It is to be understood, however, that the present invention is not limited to one form referred to in the description, but rather includes all modifications, equivalents, and substitutes within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Should be.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명인 열회수 싸이클을 이용한 차량용 초저 온 액체연료 저장탱크에 의하면, 내부탱크와 외부탱크 사이에 액체나 기체가 충전된 밀폐 단열용 배관이 적용 배치됨으로써, 단열용 배관에 충전된 유체 즉, 냉매가 외부 침입 열을 흡수하여 기화되면서 외부의 열을 흡수 차단한다. 이에 따라, 단열효과가 크게 향상되고 그 결과 탱크 내부에 충전된 초저온 액체연료를 장기간 저장할 수 있게 된다. As described above, according to the ultra low temperature liquid fuel storage tank for vehicles using the heat recovery cycle of the present invention, a sealed insulation pipe filled with liquid or gas is disposed between the inner tank and the outer tank, thereby filling the insulation pipe. The fluid, ie, the refrigerant, absorbs external invading heat and vaporizes, thereby absorbing and blocking external heat. Accordingly, the thermal insulation effect is greatly improved, and as a result, the cryogenic liquid fuel filled in the tank can be stored for a long time.
더욱이, 본 발명은 2중 구조의 탱크 사이에 단열용 배관을 가설하는 것만으로 종래기술에 비해 보다 향상된 단열효과를 얻을 수 있어 종래 3중 탱크구조의 작업성을 크게 향상시킬 수 있다. 그 결과 생산비용 절감 및 보다 향상된 생산성을 기대할 수 있으며, 외기 수분이나 이산화탄소가 실린더 내부에 축적되지 않아 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.Moreover, the present invention can obtain an improved heat insulation effect compared to the conventional art only by installing a heat insulating pipe between the tanks of the double structure, which can greatly improve the workability of the conventional triple tank structure. As a result, the production cost can be reduced and improved productivity can be expected, and outside moisture or carbon dioxide does not accumulate inside the cylinder, thereby improving product reliability.
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