KR100804789B1

KR100804789B1 - 저압용 액화수소 저장용기

Info

Publication number: KR100804789B1
Application number: KR1020070026641A
Authority: KR
Inventors: 박윤소; 김익수; 이동인; 조동연
Original assignee: 주식회사 엔케이
Priority date: 2007-03-19
Filing date: 2007-03-19
Publication date: 2008-02-20
Also published as: KR20070037734A; CN101270846B; CN101270846A

Abstract

본 발명은 수소를 연료로 하는 차량이나 수소연료전지가 장착된 차량에서 연료탱크의 역할을 하는 액화수소의 저장용기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내부용기와 외부용기의 사이에 절연체가 장입된 저장용기를 지지하기 위한 수단으로 저장용기의 길이 방향을 따라 파이프 형상을 가지는 한 쌍의 용기서스펜션이 관통되도록 설치하되, 상기 용기서스펜션을 내부용기를 따라 삽입되는 연결지지관과 저장용기의 양측 단부를 관통하는 단부지지관으로 분할시켜, 각각의 지지관이 연결부재에 의하여 연결되도록 함으로서, 저장용기에 작용하는 각종 충격이나 진동을 보다 최소화 할 수 있도록 하고, 이로 인하여 내.외부용기 및 그와 연결된 배관라인의 손상을 방지하여 내구성이 우수한 저장용기를 제공할 수 있도록 한 저압용 액화수소 저장용기에 관한 것이다.

이를 위하여, 본 발명은 액화수소의 저장을 위하여 내부용기(2)와 외부용기(3)의 이중구조로 형성되고, 상기 내부용기(2)와 외부용기(3)의 사이에는 외부와의 단열을 위한 절연체(4)가 장입되며, 상기 외부용기(3)에는 액화수소의 충전을 위한 충전구(6)와, 내.외부용기(2)(3) 사이의 공간을 진공상태로 조성하기 위한 진공포트(5)가 각각 설치되고, 상기 충전구(6)로부터 내부용기(2)를 관통하여 액화수소의 충전과 기체수소의 회수를 위한 배관라인이 연장 설치되며, 상기 내부용기(2)로부터 외부용기(3)를 관통하여 수소연료의 공급을 위한 배관라인과 레벨 측정용 라인이 연장 설치된 액화수소의 저장용기(1)에 있어서, 상기 저장용기(1)를 이루는 내부용기(2)와 외부용기(3)는 파이프 형상을 가지면서 저장용기(1)를 길이 방향으로 관통하는 한 쌍의 용기서스펜션(20)에 의하여 지지되도록 설치되며, 상기 용기서스펜션(20)은 내부용기(2)의 길이 방향을 따라 삽입되는 연결지지관(21)과, 저장용기(1)의 양측 단부에서 내,외부용기(2)(3)를 관통하는 단부지지관(22)이 해당 지지관(21)(22)의 내측으로 삽입되는 지지관 연결부재(23)에 의하여 연결 설치되는 것을 특징으로 한다.

수소연료자동차, 액화수소, 저장용기, 연료전지, 서스펜션(Suspension)

Description

저압용 액화수소 저장용기{Storage tank for low-pressure liquefied hydrogen}

도 1은 종래의 액화수소 저장용기를 나타내는 측단면도.

도 2는 본 발명에 의한 액화수소 저장용기를 나타내는 측단면도.

도 3 및 도 4는 도 2의 정단면도 및 배면단면도.

도 5는 본 발명에 의한 액화수소 저장용기의 일부 절개사시도.

도 6은 본 발명의 요부를 이루는 용기서스펜션의 분해사시도.

도 7은 본 발명에 의한 액화수소 저장용기의 외측에 구비되는 컨트롤 시스템을 나타내는 배관도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 저장용기 2 : 내부용기 3 : 외부용기

4 : 절연체 5 : 진공포트 5a : 커버

6 : 충전구 7 : 튜브서스펜션 8 : 액화수소 충전라인

8a : 분배파이프 8b : 충전공 9 : 기체수소 회수라인

10 : 저부감지라인 11 : 기체수소 사용라인 12 : 상부감지라인

13 : 액화수소 공급라인 14 : 액화수소 검지라인 15 : 겟터(Getter)

16 : 라인분배부 17 : 보강판 20 : 용기서스펜션

21 : 연결지지관 22 : 단부지지관 23 : 지지관 연결부재

23a : 돌출부 24 : 외부튜브 25 : 보강튜브

26 : 단면접촉 방지부재 27 : 측면접촉 방지부재 30 : 컨트롤 시스템

31 : 기화기 케이스 32 : 1차 기화기 33 : 2차 기화기

34 : 가압기화기 35 : 냉각수순환파이프 36 : 터미널

37 : 가스조정기 38 : 압력조정기 39 : 온도센서

40 : 레벨표시기 41 : 연료공급라인 42 : 1차 기화라인

43 : 리턴라인 44 : 2차 기화라인 V : 액화수소밸브

CV : 컨트롤밸브 SV1,SV2 : 안전밸브

본 발명은 수소를 연료로 하는 차량이나 수소연료전지가 장착된 차량에서 연료탱크의 역할을 하는 액화수소의 저장용기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내부용기와 외부용기의 사이에 절연체가 장입된 저장용기를 지지하기 위한 수단으로 저장용기의 길이 방향을 따라 파이프 형상을 가지는 한 쌍의 용기서스펜션이 관통되도록 설치하되, 상기 용기서스펜션을 내부용기를 따라 삽입되는 연결지지관과 저장용기의 양측 단부를 관통하는 단부지지관으로 분할시켜, 각각의 지지관이 연결부재에 의하여 연결되도록 함으로서, 저장용기에 작용하는 각종 충격이나 진동을 보다 최소화 할 수 있도록 하고, 이로 인하여 내.외부용기 및 그와 연결된 배관라인 의 손상을 방지하여 내구성이 우수한 저장용기를 제공할 수 있도록 한 저압용 액화수소 저장용기에 관한 것이다.

최근에 들어 산업화가 급속히 진행되면서 국민소득의 증가와 각종 편의생활 및 생활수준의 향상이라는 긍정적인 측면과 더불어, 화석연료의 소비가 기하급수적으로 증가되면서 이에 따른 환경오염이 심각한 사회적 문제로 대두되고 있는 바, 특히 현대문명의 꽃이라 할 수 있는 자동차가 그 배기가스로 인하여 대기오염의 주범이 되고 있으며, 이에 따라 세계 각국에서는 자동차 배기가스로 인한 대기오염을 감소시키고자 많은 노력을 기울이고 있다.

상기와 같이 자동차 배기가스로 인하여 야기되는 대기오염을 방지하기 위한 방편으로서, 화석연료 대신에 청정연료의 하나인 천연가스(NG: Natural gas)를 연료로 사용하는 천연가스 차량의 보급을 확산시키고 있는 추세이며, 이와 더불어 이상적인 에너지 자원으로서 현재 직면하고 있는 복잡한 에너지 문제들을 해결할 수 있는 수소연료를 자동차 뿐만 아니라 산업체나 일반 가정에서도 활용할 수 있도록 하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.

상기와 같은 수소연료는 지구상에서 탄소와 질소 다음으로 가장 풍부한 원소일 뿐만 아니라, 연소시에 극히 미량의 질소산화물만을 생성시키고 다른 공해물질은 전혀 배출하지 않는 깨끗한 에너지원이며, 지구상에 존재하는 거의 무한한 양의 물을 원료로 하여 만들어 낼 수 있고, 사용 후에는 다시 물로 재순환되기 때문에 고갈의 우려 또한 거의 없는 최적의 에너지원이다.

상기와 같은 수소연료를 이용하는 수소연료자동차의 실용화에 있어 가장 중 요한 과제는 수소의 저장방법으로서, 액화수소 저장용기를 이용하는 방법과 금속수소화물을 이용한 수소저장 방법 등이 있으며, 전자에 해당하는 액화수소 저장용기는 극저온의 액화수소(-253℃)를 약 일주일 이상 보관할 수 있도록 열의 전도와 복사 및 대류의 차단을 위한 이중벽체로 형성됨과 동시에, 상기 이중벽체의 사이에 10^-5토르(Torr)의 진공 및 절연체로서 알루미늄과 유리섬유 재질의 이중 차폐재가 적용된다.

상기와 같은 종래의 액화수소 저장용기(100)는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 액화수소(115)의 저장을 위하여 내부용기(101)와 외부용기(102)의 이중구조로 형성되고, 상기 내부용기(101)와 외부용기(102)의 사이에는 외부와의 단열을 위한 절연체(103)가 장입되며, 상기 저장용기(100)의 일측에는 액화수소(115)의 충전을 위한 메인파이프(104)가 외부용기(102)와 절연체(103) 및 내부용기(101)를 관통하여 삽입 설치되고, 상기 저장용기(100)의 타측에는 내.외부용기(101)(102) 사이의 공간을 진공 상태로 조성시키기 위한 진공포트(114)가 외부용기(102)상에 설치되어 있다.

또한, 내부용기(101)를 따라 삽입된 상기 메인파이프(104)는 솔레노이드 밸브(105)를 기점으로 하여 액화수소(115)의 충전파이프(106) 및 액화수소라인(107)으로 분기되는 바, 상기 충전파이프(106)는 액화수소(115)의 충전 및 기체수소의 회수에 사용되고, 상기 액화수소라인(107)은 액화수소(115)를 연료사용처로 공급시키는 기능을 하며, 상기 내부용기(101)에는 액화수소(115)의 저장량을 감지하는 레 벨게이지(109)와 액화수소(115)의 기화를 위한 전기히터(110)가 설치되고, 저장용기(100)의 내압상승을 방지하기 위한 안전벤트(108)가 내부용기(101)로부터 절연체(103)와 외부용기(102)를 관통하여 연장 설치된다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 종래의 액화수소 저장용기(100)에 있어, 내부용기(101)와 외부용기(102)의 사이에 설치되어 저장용기(100)를 안전하게 지지시키는 역할을 하는 서스펜션(Suspension)으로서, 저장용기(100)의 양단부측에는 막대 형상의 지지봉(111)이 절연체(103)와 함께 내.외부용기(101)(102)의 사이에 삽입 설치되어 있으며, 상기 지지봉(111)의 설치를 위하여 내.외부용기(101)(102)에는 지지봉(111)의 양단부측이 끼움식으로 삽입되는 지지판(112)(113)이 일체로 고정되어 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 액화수소 저장용기(100)의 서스펜션 구조는, 내부용기(101)와 외부용기(102)가 양측 지지봉(111)에 의하여 저장용기(100)의 길이 방향으로만 단순하게 지지되는 구조를 가지고 있으므로, 길이 방향을 제외한 다른 측면 방향으로 각종 충격이나 진동이 작용할 경우, 이를 보다 안전하게 지지하지 못하여 내.외부용기(101)(102)가 서로 쉽게 어긋나는 문제점이 있었으며, 이로 인하여 내.외부용기(101)(102)를 관통하는 각종 배관라인 및 상기 지지봉(111)과 지지판(112)(113)의 연결부위가 쉽게 손상되는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점은 액화수소 저장용기(100)를 수소자동차의 연료탱크로 적용하고자 할 경우 특히 고려되어야 할 사항으로서, 차량의 운행중에 발생하는 각종 충격이나 진동에도 불구하고 그 내구성이 우수한 액화수소 저장용기를 제공한다 는 측면에서 바람직하지 못한 것이며, 내부용기(101)에 저장되는 극저온의 액화수소(115)에 의하여 내부용기(101)측 지지판(113)과 밀착된 지지봉(111)이 저온 수축되어 지지판(112)(113)과의 결합력이 저하될 경우, 저장용기(100)의 지지기능을 제대로 수행할 수 없는 심각한 문제점을 야기시키게 된다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명에 의한 저압용 액화수소 저장용기는 내부용기와 외부용기의 사이에 절연체가 장입된 저장용기를 지지하기 위한 수단으로 저장용기의 길이 방향을 따라 파이프 형상을 가지는 한 쌍의 용기서스펜션이 관통되도록 설치하되, 상기 용기서스펜션을 내부용기를 따라 삽입되는 연결지지관과 저장용기의 양측 단부를 관통하는 단부지지관으로 분할시켜, 각각의 지지관이 연결부재에 의하여 연결되도록 함으로서, 저장용기에 작용하는 각종 충격이나 진동을 보다 최소화 할 수 있도록 하고, 이로 인하여 내.외부용기 및 그와 연결된 배관라인의 손상을 방지하여 내구성이 우수한 저장용기를 제공할 수 있도록 하는 것을 그 기술적인 과제로 한다.

또한, 본 발명은 상기 용기서스펜션을 이루는 단부지지관에 보강튜브 및 섬유강화플라스틱(FRP) 재질의 접촉방지부재를 적용시켜 저장용기의 보강기능 및 단열기능을 향상시키토록 함과 동시에 용기서스펜션의 저온수축에 따른 지지기능의 저하를 방지토록 하고, 상기 용기서스펜션이 내부용기를 따라 삽입 설치되는 보강판에 의하여 추가 지지되도록 함으로서, 각종 충격이나 진동에 대한 저장용기의 지지강도를 보다 더 증대시켜 저장용기의 내구성을 크게 향상시킬 수 있도록 하며, 액화수소의 충전과 수소연료의 공급 및 각종 레벨측정을 위한 배관라인이 내부용기 및 보강판의 중앙부를 관통하는 파이프 형상의 튜브서스펜션 내부로 밀집 설치되도록 함으로서, 튜브서스펜션에 의한 추가적인 강도보강과 함께 배관라인의 집적화에 따른 콤펙트화 된 저장용기를 제공할 수 있도록 하는 것을 또 다른 기술적 과제로 한다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 액화수소의 저장을 위하여 내부용기와 외부용기의 이중구조로 형성되고, 상기 내부용기와 외부용기의 사이에는 외부와의 단열을 위한 절연체가 장입되며, 상기 외부용기에는 액화수소의 충전을 위한 충전구와, 내.외부용기 사이의 공간을 진공상태로 조성하기 위한 진공포트가 각각 설치되고, 상기 충전구로부터 내부용기를 관통하여 액화수소의 충전과 기체수소의 회수를 위한 배관라인이 연장 설치되며, 상기 내부용기로부터 외부용기를 관통하여 수소연료의 공급을 위한 배관라인과 레벨 측정용 라인이 연장 설치된 액화수소의 저장용기에 있어서, 상기 저장용기를 이루는 내부용기와 외부용기는 파이프 형상을 가지면서 저장용기를 길이 방향으로 관통하는 한 쌍의 용기서스펜션에 의하여 지지되도록 설치되며, 상기 용기서스펜션은 내부용기의 길이 방향을 따라 삽입되는 연결지지관과, 저장용기의 양측 단부에서 내,외부용기를 관통하는 단부지지관이 해당 지지관의 내측으로 삽입되는 지지관 연결부재에 의하여 연결 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 용기서스펜션의 단부지지관은 내부용기의 양측 벽체에 고정된 상태로 지지관 연결부재에 의하여 연결지지관과 연결되는 외부튜브와, 외부 용기 및 절연체를 관통하여 상기 외부튜브의 내부로 삽입되는 보강튜브와, 상기 보강튜브의 선단에 결합되어 지지관 연결부재와 밀착되는 단면접촉 방지부재와, 상기 보강튜브의 외주면에 결합되어 외부튜브의 내측면과 밀착되는 측면접촉 방지부재로 이루어지는 것을 특징으로 하며, 상기 단부지지관을 이루는 단면접촉 방지부재와 측면접촉 방지부재는 섬유강화플라스틱(FRP) 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하고, 상기 내부용기를 따라서는 용기서스펜션의 연결지지관이 관통 지지되는 보강판이 내부용기의 내주면과 밀착되도록 삽입 설치되는 것을 특징으로 하며, 상기 내부용기의 중앙부에는 그 길이 방향을 따라 파이프 형상의 튜브서스펜션이 삽입 설치되어, 상기 충전구로부터 내부용기를 관통하도록 연장되는 액화수소의 충전과 기체수소의 회수를 위한 배관라인 및 상기 내부용기로부터 외부용기를 관통하도록 연장되는 수소연료의 공급을 위한 배관라인과 레벨 측정용 라인이 상기 튜브서스펜션의 내부에 밀집 설치되도록 한 것을 특징으로 한다.

이하, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 의한 액화수소 저장용기를 나타내는 측단면도이고, 도 3 및 도 4는 도 2의 정단면도 및 배면단면도이며, 도 5는 본 발명에 의한 액화수소 저장용기의 일부 절개사시도이고, 도 6은 본 발명의 요부를 이루는 용기서스펜션의 분해사시도이며, 도 7은 본 발명에 의한 액화수소 저장용기의 외측에 구비되는 컨트롤 시스템을 나타내는 배관도이다.

본 발명에 의한 서스펜션 구조가 적용되는 저압용 액화수소 저장용기의 전체적인 구성은 도 2 내지 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 액화수소의 저장을 위하여 내부용기(2)와 외부용기(3)의 이중구조로 형성되고, 상기 내부용기(2)와 외부용기(3)의 사이에는 외부와의 단열을 위한 절연체(4)가 장입되며, 상기 외부용기(3)에는 액화수소의 충전을 위한 충전구(6)와, 내.외부용기(2)(3) 사이의 공간을 진공상태로 조성하기 위한 진공포트(5)가 각각 설치되어 있다.

상기 절연체(4)는 앞에서 설명되어진 바와 같이 알루미늄(Al)과 유리섬유 (Glass fiber) 재질의 이중 차폐재가 적용되는 것이 바람직하지만, 극저온의 액화수소(-253℃)를 약 일주일 이상 보관할 수 있도록 열의 전도와 복사 및 대류를 차단시킬 수 있는 것이라면 어떠한 재질을 사용하여도 무방하며, 도면의 복잡성을 피하기 위하여 절연체(4)를 그 일부분만 도시하였으나, 실질적으로는 내.외부용기(2)(3)의 사이에 해당하는 전체 공간에 걸쳐 절연체(4)가 장입된다.

또한, 상기 진공포트(5)에 의하여 조성되는 내.외부용기(2)(3) 사이의 진공도는 약 10^-5토르(Torr) 정도가 바람직하며, 상기 진공포트(5)의 선단에는 기밀유지용 커버(5a)가 설치되어 있고, 내부용기(2)의 외측에는 진공포트(5)에 의한 진공조성시 잔류가스를 흡수 및 제거시키기 위한 겟터(Getter)(15)가 설치되어 있으며, 상기 충전구(6)로부터는 액화수소 충전라인(8)과 기체수소 회수라인(9)이 연장되어, 각각의 배관라인(8)(9)이 절연체(4) 및 내부용기(2)의 벽체를 관통하여 내부용기(2)로 삽입 설치되어 있다.

상기 액화수소 충전라인(8)과 기체수소 회수라인(9)은 저장용기(1)의 내부에 액화수소를 충전시키거나 저장용기(1)의 내부 상측에 존재하는 기체수소를 회수하는 역할을 하는 것으로서, 액화수소 충전라인(8)의 출구측에는 내부용기(2)의 길이 방향을 따라 연장되는 분배파이프(8a)가 연결되고, 이 분배파이프(8a)를 따라서 액화수소의 충전을 위한 다수 개의 충전공(8b)이 형성되어 있다.

상기와 같이 액화수소 충전라인(8)과 기체수소 회수라인(9)을 2개의 배관으로 분할 형성시킬 수도 있으나, 필요에 따라서는 종래의 액화수소 저장용기와 같이 상기 액화수소 충전라인(8)과 기체수소 회수라인(9)을 하나의 배관라인으로 통합하여 충전구(6)와 연결시킴으로서, 이 통합된 배관라인으로 액화수소의 충전과 기체수소의 회수를 동시에 병행토록 할 수도 있다.

이와 더불어, 상기 내부용기(2)로부터는 수소연료자동차의 엔진이나 연료전지와 같은 연료사용처로 수소연료를 공급시키기 위한 기체수소 사용라인(11)과 액화수소 공급라인(13)을 포함하여, 내부용기(2)에 저장된 액화수소와 기체수소의 저장상태를 파악하기 위한 저부감지라인(10)과 상부감지라인(12) 및 액화수소 검지라인(14)이 내부용기(2)로부터 절연체(4)를 거쳐 외부용기(3)를 관통하도록 연장 설치된다.

상기 기체수소 사용라인(11)과 액화수소 공급라인(13) 또한 하나의 연료공급라인으로 통합시킬 수 있고, 상기 저부감지라인(10)과 상부감지라인(12) 및 액화수소 검지라인(14)은 저장용기(1)의 외부에 구비된 각종 아날로그 또는 디지털 게이지로 연료 정보를 제공토록 하여 액화수소의 잔량과 그 충전시점을 알릴 수 있도록 함과 동시에, 연료의 공급경로와 공급량 및 공급압력 등이 컨트롤 시스템에 의하여 자동 조정될 수 있도록 하는 정보를 제공하게 된다.

따라서, 위와 같은 기능을 달성할 수 있는 것이라면 상기 각각의 레벨 측정용 라인(10)(12)(14)은 배관의 형태를 가지는 대신에 -253℃ 정도의 극저온에서도 사용이 가능한 센서(Sensor) 및 이와 연결된 케이블(Cable)의 형태로 저장용기(1)에 설치될 수 도 있는 바, 본 발명의 요부는 내.외부용기(2)(3)의 이중 구조로 이루어지는 액화수소 저장용기(1)를 견고하고 안정적으로 지지시키기 위한 서스펜션 구조를 제공하는 것이므로, 그 이외의 다른 구성요소는 사용자에 의하여 임의대로 변경되어질 수 있음을 밝혀두는 바이다.

본 발명의 요부를 이루는 액화수소 저장용기(1)의 서스펜션(Suspension) 구조는 도 3 내지 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 저장용기(1)의 길이 방향을 따라 파이프 형상을 가지는 한 쌍의 용기서스펜션(20)이 설치되도록 한 것으로서, 도면상 한 쌍의 용기서스펜션(20)이 저장용기(1)의 대각선 방향을 따라 서로 마주보도록 설치된 것으로 도시되어 있으나, 다른 배관라인(8~14)과의 간섭을 피하는 조건하에서 상기 용기서스펜션(20)의 설치 위치는 저장용기(1)의 수평방향 또는 수직방향이 될 수도 있다.

상기 용기서스펜션(20)은 도 5에 보다 명확하게 도시되어 있는 바와 같이, 내부용기(2)와 외부용기(3)로 이루어지는 저장용기(1)를 길이 방향으로 관통하는 파이프 형상의 몸체를 가지며, 저장용기(1) 중 내부용기(2)의 길이 방향을 따라 삽입되는 연결지지관(21)과, 저장용기(1)의 양측 단부에서 내.외부용기(2)(3)를 관통 하는 단부지지관(22)이 해당 지지관(21)(22)의 내측면을 따라 밀착 삽입되는 지지관 연결부재(23)에 의하여 연결 설치되도록 구성된다.

상기와 같이 본 발명의 요부를 이루는 구성요소로서, 파이프 형상을 가지는 한 쌍의 용기서스펜션(20)이 저장용기(1)의 길이 방향을 따라 관통 설치되도록 하면, 내.외부용기(101)(102)의 사이에 단순히 지지봉(111)만을 삽입시킨 종래의 서스펜션 구조에 비하여 저장용기(1)를 보다 견고하고 안정적으로 지지할 수 있게 되며, 이로 인하여 길이 방향 뿐만 아니라 측면 방향으로 작용하는 각종 충격이나 진동에 대해서도 그 내구성이 우수한 저장용기(1)를 제공할 수 있게 된다.

그리고, 본 발명의 요부가 되는 상기 용기서스펜션(20)을 연결지지관(21)과 단부지지관(22)으로 분할시킨 다음, 각각의 지지관(21)(22)이 지지관 연결부재(23)에 의하여 연결되도록 하는 일차적인 이유는, 용기서스펜션(20)에 의한 저장용기(1)의 조립과 분해작업을 용이하게 수행토록 하여 저장용기(1)의 제조와 그 수리 및 유지보수에 따른 편의성을 향상시키도록 하기 위한 것이다.

또한, 그 이차적인 이유는 파이프 형상을 가지는 각각의 지지관(21)(22)이 극저온의 액화수소와 접촉하여 저온수축 될 경우, 상기 지지관(21)(22)이 지지관 연결부재(23)의 외측면과 더욱 견고하게 맞물리도록 함과 동시에, 각각의 지지관(21)(22)이 저온수축에 따라 길이 방향으로 치수변형이 유발되더라도 이러한 치수변형을 완화시키면서 용기서스펜션(20)의 연결상태를 안전하게 유지시킬 수 있도록 하기 위한 것이다.

다시 말해서, 연결지지관(21)과 단부지지관(22)이 저온 수축되면 그 내경과 길이가 축소될 우려가 있는 바, 파이프 형상을 가지는 지지관(21)(22)의 수축폭(변형량)이 짧은 막대봉 형상을 가지는 지지관 연결부재(23)의 수축폭(변형량)보다 크게 되므로, 용기서스펜션(20)의 저온 수축시 각각의 지지관(21)(22)이 지지관 연결부재(23)와 더욱 견고하게 맞물리는 결과를 발생시키게 되어 용기서스펜션(20)에 의한 저장용기(1)의 지지강도가 저하되지 않는다는 것이다.

또한, 단부지지관(22)의 일측부는 내부용기(2)의 벽체에 용접 고정되므로, 액화수소에 의한 용기서스펜션(20)의 길이 방향 수축은 내부용기(2)로 삽입되는 단부지지관(22) 및 연결지지관(21)에 의하여 발생하는 바, 상기 지지관 연결부재(23)가 각 지지관(21)(22)의 내부측으로 일정폭만큼 삽입되어 있기 때문에, 각각의 지지관(21)(22)이 길이 방향으로 수축되어 치수변형이 발생하더라도 지지관 연결부재(23)에 의하여 지지관(21)(22)의 연결상태가 안정적으로 유지될 뿐만 아니라, 이러한 치수변형에 따라 용기서스펜션(20)에 작용하는 긴장이 지지관 연결부재(23)에 의하여 완화됨으로서, 각종 충격이나 진동 등에 의한 용기서스펜션(20) 및 저장용기(1)의 손상을 방지할 수 있게 된다.

그리고, 도 5에서는 도면상 저장용기(1)의 좌측부만을 절개 도시하여 용기서스펜션(20)의 설치구조를 나타내었으나, 도면상 절개되지 아니한 저장용기(1)의 우측 부분에도 좌측부와 동일한 구조, 즉 연결지지관(21)과 단부지지관(22)이 지지관 연결부재(23)에 의하여 연결 설치되는 구조를 가지게 됨을 밝혀두는 바이다.

이와 더불어, 도 5 및 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 상기 단부지지관(22)이 내부용기(2)의 양측 벽체에 고정된 상태로 지지관 연결부재(23)에 의하여 연결 지지관(21)과 연결되는 외부튜브(24)와, 외부용기(3) 및 절연체(4)를 관통하여 상기 외부튜브(24)의 내부로 삽입되는 보강튜브(25)와, 상기 보강튜브(25)의 선단에 결합되어 지지관 연결부재(23)와 밀착되는 단면접촉 방지부재(26)와, 상기 보강튜브(25)의 외주면에 결합되어 외부튜브(24)의 내측면과 밀착되는 측면접촉 방지부재(27)로 구성되도록 함과 동시에, 상기 단면접촉 방지부재(26)와 측면접촉 방지부재(27)가 섬유강화플라스틱(FRP) 재질로 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 외부튜브(24) 자체를 단부지지관(22)으로 하여 내.외부용기(2)(3)의 양측 벽체를 관통시킨 다음, 이 외부튜브(24)를 지지관 연결부재(23)에 의하여 연결지지관(21)과 연결시킴으로서 본 발명의 용기서스펜션(20)을 구성토록 할 수도 있으나, 액화수소 저장용기(1)에 본 발명에 의한 서스펜션 구조를 적용시킨 상태에서 각종 충격이나 진동을 가할 경우, 구조상으로 가장 취약하게 되는 부분이 내부용기(2)의 벽체를 관통하는 단부지지관(22)측이 되므로, 이 단부지지관(22)을 외부튜브(24) 및 그 내측면을 따라 삽입되는 보강튜브(25)의 이중구조로 형성시키게 되면, 용기서스펜션(20)에 의한 저장용기(1)의 지지강도를 보다 더 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 보강튜브(25)의 선단 및 그 외주면상에 단면접촉 방지부재(26) 및 측면접촉 방지부재(27)를 설치하게 되면, 각종 충격이나 진동에 의하여 보강튜브(25)의 외측면이 외부튜브(24)의 내측면 및 지지관 연결부재(23)의 표면과 접촉되어 각각의 부품이 부식 및 손상되는 것을 방지할 수 있게 되는 바, 상기 단면접촉 방지부재(26) 및 측면접촉 방지부재(27)를 섬유강화플라스틱(FRP)으로 제조하게 되면, 해당 부품의 부식 및 손상방지 기능을 더욱 향상시킬 수 있게 될 뿐만 아니라, 지지관 연결부재(23)와 보강튜브(25)의 사이 및 외부튜브(24)와 보강튜브(25) 사이의 밀봉성 및 단열성능을 보다 향상시킬 수 있게 된다.

그리고, 도 5 및 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 내부용기(2)의 양측 벽체에 고정된 외부튜브(24)와 상기 연결지지관(21)과의 실질적인 연결은 지지관 지지관 연결부재(23)에 의하여 달성되도록 한 상태에서, 상기 보강튜브(25)가 접촉방지부재(26)(27)와 함께 외부용기(3)의 벽체 및 절연체(4)를 관통하여 외부튜브(24)를 따라 삽입 설치되도록 함으로서, 일정 기간이 경과한 후 상기 보강튜브(25)를 접촉방지부재(26)(27)와 함께 외부튜브(24)로부터 용이하게 분리하여 새것으로 교체 사용할 수 있게 된다.

상기와 같은 보강튜브(25)의 교체작업을 보다 용이하게 수행할 수 있도록 보강튜브(25)의 몸체 후방측이 파이프 형상으로 형성되어 교체작업용 로드(Rod)를 끼움식으로 삽입시킬 수 있도록 이루어지는 바, 필요에 따라서는 해당 부분의 내측면에 나사부나 걸림턱 또는 스냅식 걸림돌기와 같은 교체용 보조수단을 형성시킬 수도 있으며, 지지관 연결부재(23)의 중앙에는 연결지지관(21)과 외부튜브(24)가 서로 접촉되지 않도록 돌출부(23a)를 형성시키는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명의 다른 요부에 해당하는 구성요소로서 도 2 및 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 내부용기(2)를 따라서는 용기서스펜션(20)의 연결지지관(21)이 관통 지지되는 다수 개의 보강판(17)이 내부용기(2)의 내주면과 밀착되도록 삽입 설치되어 있으며, 상기 내부용기(2)의 중앙부에는 그 길이 방향을 따라 파 이프 형상의 튜브서스펜션(7)이 보강판(17)을 관통하도록 삽입 설치되어 있다.

도면상 3개의 보강판(17)이 내부용기(2)를 따라 설치된 것으로 도시되어 있으나, 보강판(17)의 설치갯수는 사용자가 임의대로 변경시킬 수 있으며, 각각의 보강판(17)에 의하여 구획되는 내부용기(2)의 공간을 따라 액화수소를 균일하게 저장시키도록 함과 동시에, 이와 같이 저장된 액화수소 및 이로부터 발생하는 기체수소를 수소연료로서 균일하게 배출시킬 수 있도록, 각각의 보강판(17) 자체에 또는 보강판(17)과 내부용기(2)와의 밀착면에 미도시된 구멍이나 통로를 형성시킴으로서, 보강판(17)에 의하여 구획되는 각각의 공간이 서로 연통되도록 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 내부용기(2)에 보강판(17) 및 튜브서스펜션(7)을 설치하게 되면, 액화수소 저장용기(1)의 지지강도가 용기서스펜션(20) 및 보강판(17)과 튜브서스펜션(7)에 의하여 한층 더 증대됨으로서, 각종 충격이나 진동에 대한 저장용기(1)의 내구성을 보다 더 크게 향상시킬 수 있게 되며, 상기 튜브서스펜션(7)의 내부로 각종 배관라인이나 레벨 측정용 라인을 집적시킴으로서 보다 더 콤펙트화 된 저장용기(1)를 제공할 수 있게 된다.

상기 튜브서스펜션(7)에 의한 배관라인이나 레벨 측정용 라인의 집적 상태는 도 2에 보다 명확하게 도시되어 있는 바, 상기 튜브서스펜션(7)이 도면상 내부용기(2)의 좌측 벽체 및 보강판(17)을 관통하여 내부용기(2)의 우측 벽체와 인접한 위치까지 연장 설치된 상태에서, 상기 충전구(6)로부터 연장되는 액화수소 충전라인(8)과 기체수소 회수라인(9)이 튜브서스펜션(7)을 통과하여 내부용기(2)의 우측 단에 위치하는 보강판(17)을 관통하도록 설치되며, 상기 액화수소 충전라인(8)과 연결되는 분배파이프(8a)는 각각의 보강판(17)을 관통하여 내부용기(2)의 길이 방향을 따라 연장된다.

또한, 기체수소 사용라인(11)과 액화수소 공급라인(13) 및 저부감지라인(10)과 상부감지라인(12)이 내부용기(2)의 우측단에 설치된 보강판(17)을 관통한 상태로 튜브서스펜션(7)측으로 연장된 다음, 이 튜브서스펜션(7)을 통과하여 내부용기(2)의 좌측 벽체로부터 빠져 나오게 되고, 이와 같이 내부용기(2)로부터 빠져 나온 각각의 라인(10~13)이 절연체(4)가 장입되는 부분을 따라 우측 방향으로 연장되어 외부용기(3)의 라인분배부(16)를 통과하게 된다.

이와는 달리, 상기 액화수소 검지라인(14)은 튜브서스펜션(7)을 통과하지 않고 내부용기(2)의 우측 바닥면을 직접 관통하여 다른 라인(10~13)과 동일한 방향을 따라 외부용기(3)의 라인분배부(16)까지 연장되는 데, 상기 액화수소 검지라인(14) 또한 튜브서스펜션(7)을 통과하도록 설치할 수도 있으며, 이와 같이 외부용기(3)의 라인분배부(16)를 통과하게 되는 각각의 라인(10~14)은 저장용기(1)의 외부측에 설치되는 수소연료 공급용 컨트롤 시스템과 연결된다.

도 7에서는 저장용기(1)의 외부측에 설치되는 수소연료 공급용 컨트롤 시스템(30)의 실질적인 적용예를 도시하고 있는 바, 상기 컨트롤 시스템(30)은 외부용기(3)의 외측면에 고정되는 기화기 케이스(31)상에 설치되는 것으로서, 온수를 이용한 액화수소의 1차 및 2차 기화기(32)(33)와 가압기화기(34)를 포함하여, 액화수소의 저장상태를 나타내는 레벨표시기(40)와 전원공급을 위한 터미널(36)을 중심으 로 라인분배부(16)로부터 연장되는 각각의 배관라인(10~14)이 액화수소밸브(V) 또는 컨트롤밸브(CV)를 개재시킨 상태로 배관구조를 형성하고 있다.

상기 컨트롤 시스템(30)에 의한 수소연료의 주된 공급경로는 라인분배부(16)로부터 연장되는 기체수소 사용라인(11)이 연료공급라인(41)과 연결되고, 상기 액화수소 공급라인(13)은 1차 기화기(32)를 통과하여 컨트롤밸브(CV)가 설치된 1차 기화라인(42)으로 연장된 다음, 이 1차 기화라인(42)이 다른 연료공급라인(41)과 연결 설치되며, 상기 1차 기화라인(42)으로부터 리턴라인(43)이 분기되어 이 리턴라인(43)이 2차 기화기(33)의 내부를 통과함으로서 컨트롤밸브(CV)가 설치된 2차 기화라인(44)으로 연장된 다음, 이 2차 기화라인(44)이 연료공급라인(41)측으로 연장되는 기체수소 사용라인(11)과 연결되도록 이루어진다.

또한, 라인분배부(16)로부터 연장되는 저부감지라인(10)과 액화수소 검지라인(14)이 레벨표시기(40)와 연결되고, 상기 상부감지라인(12)은 가압기화기(34) 및 액화수소 검지라인(14)과 연결됨과 동시에, 압력조정기(38)를 구비하는 배관에 의하여 저부감지라인(10)과도 연결 설치되며, 상기 압력조정기(38)를 구비하는 배관으로부터 가스조정기(37)를 구비하는 또 다른 배관이 분기되어, 이 배관이 1차 기화기(32)측으로 연장되는 액화수소 공급라인(13)과 연결되도록 이루어져 있다.

이와 더불어, 각각의 기화기(32)(33)(34)에는 액화수소나 기체수소와의 열교환을 위한 냉각수순환파이프(35)가 삽입 설치되며, 상기 1차 기화라인(42)으로부터는 내부용기(2)용 안전밸브(SV1)가 설치된 배관이 분기되고, 기화기 케이스(31)측에는 외부용기(3)용 안전밸브(SV2)가 설치되어 있으며, 각각의 컨트롤밸브(CV)는 해당 기화기(32)(33)에 설치되는 온도센서(39)에 연결 설치되어 있다.

그러나, 앞에서 이미 설명되어진 바와 같이, 본 발명의 요부는 내.외부용기(2)(3)의 이중 구조로 이루어지는 액화수소 저장용기(1)를 보다 더 견고하고 안정적으로 지지시키기 위한 서스펜션 구조에 관한 것인 바, 수소연료로서의 액화수소 및 기체수소의 공급경로와 그 제어를 위한 밸브 및 배관구조를 포함하여, 액화수소의 저장상태를 파악하기 위한 레벨 측정용 라인 및 이와 연계된 각종 부품들로 이루어지는 컨트롤 시스템(30) 또한 도 7에 도시된 구성으로 한정되는 것이 아니며, 사용자가 필요에 따라 다양한 형태의 실시예로 임의 변경할 수 있는 것임을 밝혀두는 바이다.

마지막으로, 본 발명에 대한 설명에서 부품의 재질에 대하여 특별히 한정한 것을 제외하고는 대부분의 부품을 스테인레스 스틸 또는 이와 유사한 금속 재질로 형성시키는 것이 바람직하며, 내.외부용기(2)(3)가 배관 등에 의하여 관통되는 부위에는 내.외부용기(2)(3) 사이의 진공유지 및 수소연료의 누설방지를 위하여 견고하게 기밀(氣密) 처리되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 액화수소의 저장용기(1)에 용기서스펜션(20)이 설치되는 구조를 대표적인 실시예로 설명하였으나, 본 발명의 용기서스펜션(20) 구조는 내.외부용기의 이중구조를 가지면서 단열처리를 위한 절연체가 장입되는 또 다른 저장용기, 예를 들어 액화천연가스(LNG)를 연료로 하는 차량의 연료탱크 즉, 액화천연가스의 저장용기에도 적용할 수 있는 것이며, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항이라 할 것이다.

상기와 같이 본 발명에 의한 저압용 액화수소 저장용기는 내부용기와 외부용기의 사이에 절연체가 장입된 저장용기를 지지하기 위한 수단으로 저장용기의 길이 방향을 따라 파이프 형상을 가지는 한 쌍의 용기서스펜션이 관통되도록 설치하되, 상기 용기서스펜션을 내부용기를 따라 삽입되는 연결지지관과 저장용기의 양측 단부를 관통하는 단부지지관으로 분할시켜, 각각의 지지관이 지지관 연결부재에 의하여 연결되도록 함으로서, 저장용기에 작용하는 각종 충격이나 진동을 보다 최소화 할 수 있도록 하는 효과가 있고, 이로 인하여 내.외부용기 및 그와 연결된 배관라인의 손상을 방지하여 내구성이 우수한 저장용기를 제공토록 하는 효과가 있다.

또한, 상기 용기서스펜션을 연결지지관과 단부지지관으로 분할시킨 다음, 각각의 지지관이 지지관 연결부재에 의하여 연결되도록 함으로서, 용기서스펜션에 의한 저장용기의 조립과 분해작업을 용이하게 수행토록 하여 저장용기의 제조와 그 수리 및 유지보수에 따른 편의성을 향상시키는 효과가 있고, 각각의 지지관이 극저온의 액화수소와 접촉하여 저온수축 될 경우에도 해당 지지관이 지지관 연결부재와 더욱 견고하게 맞물리도록 함과 동시에, 각각의 지지관이 저온수축에 따라 길이 방향으로 치수변형이 유발되더라도 이러한 치수변형을 완화시키면서 용기서스펜션의 연결상태를 안전하게 유지시키도록 하는 효과가 있다.

또한, 상기 용기서스펜션의 단부지지관을 외부튜브 및 그 내부를 따라 삽입되는 보강튜브의 이중구조로 형성시킴으로서 용기서스펜션에 의한 저장용기의 지지강도를 보다 더 향상시키도록 하는 효과가 있고, 상기 보강튜브의 선단 및 그 외주 면상에 접촉방지부재를 설치함으로서 각종 충격이나 진동에 의하여 보강튜브의 외측면이 외부튜브의 내측면 및 지지관 연결부재의 표면과 접촉되어 각각의 부품이 부식 및 손상되는 것을 방지토록 하는 효과가 있으며, 상기 접촉방지부재를 섬유강화플라스틱 재질로 하여 해당 부품의 부식 및 손상방지 기능을 더욱 향상시킴과 동시에 단부지지관측의 밀봉성 및 단열성능을 향상시키는 효과가 있다.

특히, 상기 용기서스펜션이 내부용기를 따라 삽입 설치되는 보강판에 의하여 추가 지지되도록 함으로서, 각종 충격이나 진동에 대한 저장용기의 지지강도를 보다 더 증대시켜 저장용기의 내구성을 크게 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있으며, 액화수소의 충전과 수소연료의 공급 및 각종 레벨측정을 위한 배관라인이 내부용기 및 보강판의 중앙부를 관통하는 파이프 형상의 튜브서스펜션 내부로 밀집 설치되도록 함으로서, 튜브서스펜션에 의한 추가적인 강도보강과 함께 배관라인의 집적화에 따른 콤팩트화 된 저장용기를 제공토록 하는 효과가 있는 것이다.

Claims

액화수소의 저장을 위하여 내부용기(2)와 외부용기(3)의 이중구조로 형성되고, 상기 내부용기(2)와 외부용기(3)의 사이에는 외부와의 단열을 위한 절연체(4)가 장입되며, 상기 외부용기(3)에는 액화수소의 충전을 위한 충전구(6)와, 내.외부용기(2)(3) 사이의 공간을 진공상태로 조성하기 위한 진공포트(5)가 각각 설치되고, 상기 충전구(6)로부터 내부용기(2)를 관통하여 액화수소의 충전과 기체수소의 회수를 위한 배관라인이 연장 설치되며, 상기 내부용기(2)로부터 외부용기(3)를 관통하여 수소연료의 공급을 위한 배관라인과 레벨 측정용 라인이 연장 설치된 액화수소의 저장용기(1)에 있어서,

상기 저장용기(1)를 이루는 내부용기(2)와 외부용기(3)는 파이프 형상을 가지면서 저장용기(1)를 길이 방향으로 관통하는 한 쌍의 용기서스펜션(20)에 의하여 지지되도록 설치되며,

상기 용기서스펜션(20)은 내부용기(2)의 길이 방향을 따라 삽입되는 연결지지관(21)과, 저장용기(1)의 양측 단부에서 내.외부용기(2)(3)를 관통하는 단부지지관(22)이 해당 지지관(21)(22)의 내측으로 삽입되는 지지관 연결부재(23)에 의하여 연결 설치되는 것을 특징으로 하는 저압용 액화수소 저장용기.
제 1항에 있어서, 상기 용기서스펜션(20)의 단부지지관(22)은 내부용기(2)의 양측 벽체에 고정된 상태로 지지관 연결부재(23)에 의하여 연결지지관(21)과 연결 되는 외부튜브(24)와, 외부용기(3) 및 절연체(4)를 관통하여 상기 외부튜브(24)의 내부로 삽입되는 보강튜브(25)와, 상기 보강튜브(25)의 선단에 결합되어 지지관 연결부재(23)와 밀착되는 단면접촉 방지부재(26)와, 상기 보강튜브(25)의 외주면에 결합되어 외부튜브(24)의 내측면과 밀착되는 측면접촉 방지부재(27)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저압용 액화수소 저장용기.
제 2항에 있어서, 상기 단부지지관(22)을 이루는 단면접촉 방지부재(26)와 측면접촉 방지부재(27)는 섬유강화플라스틱(FRP) 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저압용 액화수소 저장용기.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내부용기(2)를 따라서는 용기서스펜션(20)의 연결지지관(21)이 관통 지지되는 보강판(17)이 내부용기(2)의 내주면과 밀착되도록 삽입 설치되는 것을 특징으로 하는 저압용 액화수소 저장용기.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내부용기(2)의 중앙부에는 그 길이 방향을 따라 파이프 형상의 튜브서스펜션(7)이 삽입 설치되어, 상기 충전구(6)로부터 내부용기(2)를 관통하도록 연장되는 액화수소의 충전과 기체수소의 회수를 위한 배관라인 및 상기 내부용기(2)로부터 외부용기(3)를 관통하도록 연장되는 수소연료의 공급을 위한 배관라인과 레벨 측정용 라인이 상기 튜브서스펜 션(7)의 내부에 밀집 설치되도록 한 것을 특징으로 하는 저압용 액화수소 저장용기.
제 4항에 있어서, 상기 내부용기(2)의 중앙부에는 그 길이 방향을 따라 파이프 형상의 튜브서스펜션(7)이 보강판(17)을 관통하도록 삽입 설치되어, 상기 충전구(6)로부터 내부용기(2)를 관통하도록 연장되는 액화수소의 충전과 기체수소의 회수를 위한 배관라인 및 상기 내부용기(2)로부터 외부용기(3)를 관통하도록 연장되는 수소연료의 공급을 위한 배관라인과 레벨 측정용 라인이 상기 튜브서스펜션(7)의 내부에 밀집 설치되도록 한 것을 특징으로 하는 저압용 액화수소 저장용기.