KR101069215B1

KR101069215B1 - 잠수함의 금속 수소화물 저장 수단을 수소로 충전하기 위한방법

Info

Publication number: KR101069215B1
Application number: KR1020080123016A
Authority: KR
Inventors: 디세름 다니엘스; 미카엘 카닝; 베른트 빌테
Original assignee: 호발츠벨케 도이췌 벨프트 게엠베하
Priority date: 2007-12-07
Filing date: 2008-12-05
Publication date: 2011-09-30
Also published as: DE102007059087A1; EP2071225B1; DE102007059087B4; PT2071225T; EP2071225B8; ES2829639T3; EP2071225A3; KR20090060190A; EP2071225A2

Abstract

잠수함의 금속 수소화물 저장 수단을 수소로 충전하는 방법이어서, 금속 수소화물 저장 수단의 온도가 충전 도중 잠수함의 주변 물의 최대 예상 온도 이상으로 유지되는 것을 특징으로 하는 방법. 특히 이 방법을 실행하기 위해 시약 충전소가 제공되는데, 이 시약 충전소는 금속 수소화물 저장 수단을 가열시키기 위한 수단을 포함한다.

잠수함, 금속 수소화물 저장 수단, 수소 충전

Description

잠수함의 금속 수소화물 저장 수단을 수소로 충전하기 위한 방법{METHOD FOR REFUELLING A METAL HYDRIDE STORAGE MEANS OF A SUBMARINE WITH HYDROGEN}

본발명은 청구항 1항의 전제부에서 특정된 특징을 갖는, 금속 수소화물 저장 수단을 수소로 연료 충전하기 위한 방법, 및 이 방법을 수행하기 위한 시약 충전소에 관한 것이다.

연료통 내에서 산소 및 수소의 촉매적 산화에 의해 전기적 에너지를 얻는 잠수함은 필요한 수소가 이 잠수함에 탑재된 금속 수소화물 저장 수단 내에 저장된다고 공지되어 있다. 이들 금속 수소화물 저장 수단에 수소를 충전하는 것은 통상 소위 시약 충전소(reactand filling station)를 사용하여 수행된다. 그러한 시약 충전소는 독일 공개 특허 공보 제 103 43 977 A1호에 기술되어 있다. 이 시약 충전소는 금속 수소화물 저장 수단에 접속될 수 있는 분배기 유닛을 포함한다. 가스 수소는 이 분배기 유닛을 통해 잠수함의 금속 수소화물 저장 수단으로 유도된다. 금속 수소화물 저장 수단 내의 수소의 반응은 발열반응, 즉 열을 방출하면서 진행하므로, 시약 충전소는 필수 구성요소로서 냉각 장치를 추가로 포함한다. 이 냉각 장치는 수소 충전 도중 잠수함 내에 배치된 금속 수소화물 저장 수단을 냉각시키는 역할을 한다. 이 목적을 위해, 이 냉각 장치는 펌프를 포함하는데, 이 펌프를 사용하여 잠수함 주위 환경으로부터 해수를 흡입하고, 금속 수소화물 저장 수단으로 인도되어 금속 수소화물 저장 수단을 냉각시키고 이후 잠수함 주위 환경으로 방출된다. 여기서, 금속 수소화물 저장 수단의 온도를 최대 5℃까지의 값으로 유지할 필요가 있다. 해수 온도가 5℃ 이상인 경우, 공지의 시약 충전소의 냉각수 장치는 냉각 어셈블리를 포함하고, 이를 사용하여 해수는 이를 위해 필요한 온도까지 냉각된다.

독일 공개 특허 공보 제 103 43 977 A1호에 기술된 시약 충전소의 단점은 특히 금속 수소화물 저장 수단의 충전이 완료된 후, 즉 이동 중, 충전 도중에 사용된 해수의 온도보다 상당히 높은, 금속 수소화물 저장 수단의 냉각용의 해수의 온도에 노출될 때 발생한다. 이것은 충전 후 잠수함의 압력 선체의 바깥쪽에 배치된 금속 수소화물 저장 수단이 자신을 둘러싸는 해수에 의해 가열되어, 금속 수소화물 저장 수단 내의 수소가 가스식으로 다시 방출되어, 금속 수소화물 저장 수단 내의 과도한 압력을 유도하여, 수동 작동되는 압력 해소 밸브를 통한 압력 보상을 위해 방출된 수소를 제거해야되는 필요성이 생기는 것이 문제이다.

이러한 배경 하에서, 본발명의 목적은 금속 수소화물 저장 수단에 수소를 충전하기 위한 방법, 및 특히 이 방법을 수행하는데 적합한 시약 충전소를 제공하는 것인데, 이 시약 충전소를 사용하여 잠수함의 금속 수소화물 저장 수단은 상기한 단점을 피하면서, 주변 물의 온도로부터 독립적으로 완전히 충전될 수 있다.

이 목적은 청구범위 제 1항에 따른, 잠수함의 금속 수소화물 저장 수단을 수소로 충전하기 위한 방법, 및 청구범위 제 3항에 따른, 잠수함의 금속 수소화물 저장 수단을 수소로 충전하기 위한 시약 충전소에 의해 달성된다. 본발명의 보다 바람직한 설계는 종속항들 및 이하의 상세한 설명 및 도면으로부터 유추된다.

잠수함의 금속 수소화물 저장 수단을 수소로 충전하기 위한 본발명에 따른 방법은 금속 수소화물 저장 수단의 온도가 연료 충전 중인 잠수함의 주변 물의 최대 예상 온도 이상의 값까지 유지된다고 파악한다.

따라서 본발명의 기본적인 개념은 연료 충전 이후 주변 물이 연료 충전 도중보다 더 높게 금속 수소화물 저장 수단을 가열시키기 않는 온도에서 잠수함의 금속 수소화물 저장 수단을 충전시키는 것이다. 이런 식으로, 저장된 수소가 연료 충전 이후 가스 식으로 방출되는 것을 방지한다. 발열식으로 발생하는 수소 흡수 도중에 발생하는 열을 방해하는 온도 제어에 의해, 연료 충전 도중, 가스 수소의 방출이 방지된다. 따라서, 금속 수소화물 저장 수단을 충전하기 위한 본발명에 따른 방법을 사용하여, 해소해주어야만 하는 허용불가한 과도한 압력이 금속 수소화물 저장 수단 내에 발생하지 않는다. 바람직하게는, 가스 수소를 분출시키기 위한 장치를 잠수함의 일부 상에 장착시킬 수 있다. 본발명에 따른 방법을 사용하여, 종래 기술과는 대조적으로 금속 수소화물 저장 수단의 온도를 주변 물 온도 이하로 낮출 필요가 없기 때문에, 이에 필요한 시약 충전소의 냉각 어셈블리 없이 유리하게 수행할 수 있다. 비록 발열성 수소 흡수가 금속 수소화물 저장 수단을 충분히 가열시키지 않을 때 금속 수소화물 저장 수단을 가열시킬 필요가 있을 수는 있지만, 에너지 및 설치 기술에 관련한 가열은 이제까지 필요했던 냉각 어셈블리에 의한 냉각보다 상당히 더욱 유리하다.

초기 상태에서, 금속 수소화물 저장 수단의 온도는 발생하는 발열 공정으로 인해 32℃보다 상당히 높은 온도까지 일시적으로 상승할 수 있는데, 여기서 이러한 온도는 금속 수소화물 저장 수단을 둘러싸는 해수와의 열교환을 통해 다시 감소될 수 있고, 말기로 갈수록 충전은 공정열의 감소로 인해 금속 수소화물 저장 수단을 둘러싸는 해수의 온도로 근접한다.

만약 주변 물 온도, 즉 해수 온도의 최대 예상값으로서 예를 들면 32℃의 값을 상정한다면, 연료 충전 중인 금속 수소화물 저장 수단의 온도를 조절(폐쇄 루프를 사용한 조절)하여 연료 충전의 말기에, 32℃ 내지 34℃의 온도 범위 내의 값을 가져서, 최대 상정된 해수 온도 이상인 것이 유용하다.

특히 금속 수소화물 저장 수단을 수소로 충전하기 위해, 상기에서 기술된 본발명에 따른 방법에 따르면, 본발명은 시약 충전소를 또한 제안하는데, 이 시약 충전소는 금속 수소화물 저장 수단을 가열시키는 수단을 구비한다. 상기한 장점을 가지면서, 이러한 수단은 금속 수소화물 저장 수단의 온도를 잠수함의 최대 예상 주위 물 온도 이상으로 설정하고, 이 온도가 유지되는 것을 가능하게 한다. 금속 수소화물 저장 수단을 가열시키기 위한 수단이 시약 충전소 내이면서 잠수함의 바깥쪽에 배치되기 때문에, 열-전달 매체를 가열시키도록 대표적으로 설계되고, 열- 전달 매체에 대해 제공된 시약 충전소의 도관을 통해, 열-전달 매체는 잠수함 내로 금속 수소화물 저장 수단 쪽으로 유도되어 금속 수소화물 저장 수단에 열을 부여한다. 이에 의해, 바람직하게는 시약 충전소 내에 배치된 전기 히터에 의해 가열되는 잠수함의 주변 물이 열-전달 매체로서 제공된다. 금속, 바람직하게는 금속 수소화물 저장 수단의 온도를 일정하게 유지할 수 있기 위해, 본발명에 따른 시약 충전소의 전기 히터는 특히 바람직하게는 무한 조정가능한 방식으로 설계된다.

잠수함의 금속 수소화물 저장 수단을 가열하기 위한 수단과는 별도로, 본발명에 따른 시약 충전소의 바람직한 설계는 금속 수소화물 저장 수단을 냉각하기 위한 수단을 또한 포함한다. 이들 수단은 금속 수소화물 저장 수단 내의 온도만큼인 것이 바람직한데, 너무 높으면 수소의 흡수를 방해한다. 시약 충전소는 예를 들면 금속 수소화물 저장 수단을 냉각시키기 위한 수단으로서 냉각 회로를 포함하는데, 이 냉각 회로를 사용하여 금속 수소화물 저장 수단을 또한 가열시키고, 금속 수소화물 저장 수단에서 순환하는 액체의 온도를 금속 수소화물 저장 수단의 열을 흡수에 의해 감소시킬 수 있어서, 금속 수소화물 저장 수단은 이 액체로 냉각될 수 있다. 이에 의해, 바람직하게는 잠수함의 주변 물이 바람직하게는 액체로서 제공된다.

본발명에 따른 시약 충전소의 바람직한 설계에서, 시약 충전소는 폐쇄 물 회로를 형성하기 위해, 잠수함에 속하는 도관 시스템에 접속될 수 있다. 이 설계를 사용하여, 시약 충전소, 및 금속 수소화물 저장 수단과 열 교환하기 위해 설계된 잠수함의 도관 시스템은 폐쇄 회로를 형성하고, 폐쇄 회로 내로 바람직하게는 잠수 함의 주변 물이 도입되고 이후 회로 내에서 순환함에 따라 금속 수소화물 저장 수단에 열을 부여하거나, 또는 물을 냉각시킴에 따라 시약 충전소 저장 수단의 열을 흡수할 수 있다. 시약 충전소를 잠수함에 속하는 도관 시스템에 접속시키기 위해, 시약 충전소는 바람직하게는 접속을 위해 제공된 잠수함에 속하는 도관 시스템의 접속부에 접속될 수 있다.

금속 수소화물 저장 수단에 의해 형성된 물 회로의 부분 내에서, 전기적 가열은 요구되는 방식으로 회로를 통해 흐르는 물을 가열할 수 있는 방식으로 이 물 회로에 커플링되는 것이 바람직하다. 또한, 바람직하게는 입구측에서 주변 물과 함께 공급되는 열 교환기는 물 회로 내에 배치될 수 있고, 이 열 교환기를 사용하여 물 및 금속 수소화물 저장 수단은 가능한 한 냉각될 수 있다. 이 열 교환기는 플레이트 열교환기로서 설계되는 것이 바람직하고, 이 플레이트 열교환기는 입구측 상에서 적절한 흡입 장치를 통해 냉각제로서 잠수함의 주변 물을 공급받을 수 있다. 흡입 장치의 입구측 상에는 필터 장치가 배치되는 것이 유용한데, 이 필터 장치는 주변 물 내에 위치하면서, 가장 불리한 경우에 있어서 물 회를 봉쇄할 수 있는 부분이 이 물 회로 내로 들어가는 것을 방지한다.

본발명에 따른 시약 충전소는 금속 수소화물 저장 수단의 온도를 주변 물 온도의 최대 예상 값 이상으로 정확히 세팅 및 유지하기 위한 온도 조절 장치를 바람직하게는 포함한다. 이 온도 조절 장치는 폐쇄 루프 제어부를 형성하고, 이 폐쇄 루프 제어부 내에서, 금속 수소화물 저장 수단을 가열 및 냉각시키기 위한 수단 및 바람직하게는 또한 회로 펌프는 제어 경로를 형성한다. 이 온도 조절 장치는 바람 직하게는 전기적 조절 장치로서 설계되는데, 이 온도 조절 장치 내에서 금속 수소화물 저장 수단의 온도는 저장된 알고리즘을 통해 제어된다. 이에 의해, 전기 가열기의 가열 전력, 냉각제 회로의 냉각 전력과 더불어 회로 펌프의 모터 회전 속도는 바람직하게는 폐쇄-루프 제어의 보정 변수로서 온도 조절 장치에 의해 설정된다.

특히 금속 수소화물 저장 수단의 온도가 직접 기록되지 않는 경우, 금속 수소화물 저장 수단의 출구측 뿐만 아니라 입구측에서 물 회로의 온도를 검출하고, 온도 결정을 위해 제공되는 온도 조절 장치의 계산 모델에 의해 금속 수소화물 저장 수단의 온도를 결정하는 것이 유리하다고 특히 발견되었다. 따라서, 시약 충전소의 또다른 발명적 설계는 금속 수소화물 저장 수단의 출구측 뿐만 아니라 입구측에서 물 온도를 검출하기 위한 수단이어서, 상기 수단은 온도 조절 장치에 신호-접속되는 수단인 것이 바람직하다. 금속 수소화물 저장 수단의 정면 및 후면에서 물 회로의 물 온도 검출은 이 설계를 사용하여 금속 수소화물 저장 수단의 온도를 실제적인, 직접적으로 검출가능하지 않은 보정 변수로 설정하는 역할을 하고, 순환 펌프와 더불어 금속 수소화물 저장 수단의 가열 및 냉각 수단의 적절한 작동에 의해 극히 적은 폐쇄-루프 제어 편차만으로 필요한 공칭값으로 유지될 수 있다.

시약 충전소 및 잠수함에 속하는 도관 시스템에 의해 형성되는 폐쇄 물 회로는 일단 물로 충전되어야만 한다. 이것은 예를 들면 물 회로 내에 배치된 순환 펌프를 통해 실행될 수 있다. 만약 이 순환 펌프가 물을 물 회로 내로 흡입하는데 적합하지 않으면, 본발명에 따른 바람직한 설계의 시약 충전소는 바람직하게는 진 공 흡입 장치인 흡입 장치를 순환 펌프의 상류에 배치하여, 이 장치를 사용하여 물 회로는 일단 물로 충전되고, 이후 폐쇄되고 물은 순환 펌프에 의해 물 회로 내에서 순환된다. 물 흡입과는 별도로, 진공 흡입 장치는 물 회로 내의 물 온도 증가로 인해 생기는 가스 형성, 및 예를 들면 불량 호스 도관을 통해, 물 회로 내로 침투한 공기를 배출하는 역할도 또한 유리하게 행한다.

주변 물은, 흡입 장치에 의해 흡입되어, 바람직하게는 잠수함의 개방된 해수 밸브를 통해 물 회로 내로 들어가는데, 이 해수 밸브는 잠수함에 속하는 도관 시스템의 일부를 형성하는 도관 시스템에 도통적으로 접속된다. 이에 의해, 유용하게는 물 회로의 상류에 필터가 배치되어, 주변 물 내에 위치하는 현탁된 입자의 투과를 방지하는데, 이 입자는 잠수함에 속하는 부품들 및 충전소에 손상을 유발할 수 있다.

바람직하게는, 시약 충전소는 주변 물 내에 있는 흡입 장치를 또한 포함한다. 이 흡입 장치는 바람직하게는 물 회로 내의 누출로 인해, 물 회로 내의 주변 물의 순환 도중 발생하는 물 손실을 보상하는 역할을 한다. 유용하게는, 처리량 측정 장치가 흡입 도관 내에, 유도 측정 기록기의 형태로 제공되어, 이 처리량 측정 장치를 사용하여 흡입 도관을 통한 처리량을 연속적으로 측정한다. 측정 장치에 의해 결정된 판독치는 바람직하게는 모니터링 장치로 전달되고, 이 모니터링 장치는 정상적인 통상의 물 손실인지 잠수함 도관 시스템 또는 시약 충전소에 대한 손상에 의해 발생한 물 손실이 흡입 도관을 통해 보상되어야만 하는지 여부를 결정한다.

누출 손실의 보상을 위해 제공되는 흡입 도관은 물 회로 내에, 바람직하게는 순환 펌프의 바로 상류에 있다. 누출에 의한 발생한 흐름 손실은 이 측정을 통해 펌프의 흡입측 상에서 바로 보상되어, 잠수함으로부터 시약 충전소로의 흐름 손실은 펌프 정면에서 절대 수압에 영향을 주지 않는데, 절대 수압에 대한 영향은 최악의 경우 순환 펌프 내에서의 캐비테이션 및 이로 인해 발생되는 순환 펌프의 손상을 유발할 수 있다. 또한, 이러한 설계는 수면 수준보다 높은 시약 충전소의 설치 위치를 가능하게 하는데, 즉 시약 충전소는 수면에 대해 더 높은 방파제 상에 설치될 수 있다.

이하, 도면에 나타낸 구체예에 의해 본발명을 더욱 상세히 설명한다. 도 1은 시약 충전소의 기본적 구성을 모식적으로 나타낸다.

시약 충전소(2)의 일부 영역이 도면에 나타내어지는데, 시약 충전소는 연료통 구동장치를 구비한 잠수함(4)의 금속 수소화물 저장 수단(6)을 수소로 충전하는 역할을 한다. 이에 의해, 금속 수소화물 저장 수단(6)의 실제적인 충전은 도시되지 않은 분배기에 의해 실행되고 이를 통해 수소는 가스식으로 금속 수소화물 저장 수단 내로 유도된다.

금속 수소화물 저장 수단(6)의 충전 동안, 금속 수소화물 저장 수단(6)의 온도는 잠수함(4)의 주변 물(9)의 최대 예상 온도, 즉 32℃ 이상으로 유지된다. 이 목적을 위해, 금속 수소화물 저장 수단(6)은 이중벽 식으로 설계되고, 여기서 열전달 매체는 잠수함에 속하는 도관 시스템(10)을 통해 금속 수소화물 저장 수단(6)의 두 개의 벽 사이의 중간 공간으로 인도되고, 거기에서 금속 수소화물 저장 수단(6)으로 열을 부여하거나 또는 금속 수소화물 저장 수단(6)으로부터 열을 흡수한다.

금속 수소화물 저장 수단(6)을 가열시키거나, 또는 금속 수소화물 저장 수단(6)의 열을 흡수시키기 위한 열전달 매체 캐리어는 적절히 온도-제어된 물의 형태로 시약 충전소(2)에 의해 제공된다. 이 때문에, 시약 충전소(2)는 진공-저항성 호스 도관(12, 14)을 통해 잠수함(4)의 도관 시스템(10)으로 접속되어 시약 충전소(2)는 이 도관 시스템(10)과 함께 폐쇄 회로(16)를 형성한다.

잠수함(4)의 주변 물(8)은 이 회로(16)에서 열전달 매체로서 사용된다. 도관(16) 또는 물 회로(16)을 주변 물(8)로 충전하는 것은 잠수함(4) 상에 제공되어 도관(18)을 통해 도관 시스템(10)에 도통적으로 접속된 해수 밸브(도시되지 않음)를 통해 시약 충전소(2) 내에 제공된 진공 흡입 장치(20)에 의해 흡입된 주변 물(8)을 통해 실행된다. 물 회로(16) 내 주변 물(8)을 순환시키기 위해, 시약 충전소(2)는 진공 흡입 장치(20)의 하류쪽에 있는 물 회로(16) 내에 배치된 순환 펌프(22)를 포함한다. 순환 펌프(22)의 모터 회전 속도는 무한 조정가능하다.

금속 수소화물 저장 수단(6)의 온도를 잠수함(4)의 주변 물(8)의 최대 예상 온도 이상으로 증가시키는 것을 가능하게 하기 위해, 시약 충전소(2)는 물 회로(16) 내에 위치하는 주변 물(8)로 열을 배분하는 방식으로 배치된 전기 히터(24)를 포함한다. 히터(24)의 가열 전력은 무한 조정가능하다.

또한, 물 회로(16)에 열적으로 커플링되는 방식으로 열 교환기(26)가 시약 충전소(2) 내에 배치된다. 열 교환기(26)는 플레이트 열 교환기로서 설계되는 것이 바람직하다. 열 교환기(26)는 잠수함(4)의 주변 물(8) 내에 있는 입구 도관(28)을 통해 냉각 매체로서 주변 물(8)을 공급받고, 이후 열 교환기(26) 상에 배치되어 유사하게 주변 물(8) 내에 있는 방출 도관(30)을 통해 방출된다. 흡입 펌프(32)는 주변 물(8)을 열 교환기(26)로 흡입시키기 위해, 입구 도관(28) 내에 배치된다.

입구 개구(28)는 단-회로(short-circuit) 도관(34)을 통해 방출 도관에 접속되고, 여기서 단-회로 도관(34)은 흡입 펌프(32)의 입구 측 상에 있는 입구 도관(28) 내로 들어간다. 단-회로 도관(34) 내에는 밸브(36)가 배치되고, 이 밸브를 사용하여 단-회로 도관(34)는 임의적으로 완전히 또는 부분적으로 개방 또는 폐쇄된다. 단-회로 도관(34)의 하류에 있는 방출 개구(30) 내에 또 다른 밸브(38)가 배치되고, 이 밸브를 사용하여 방출 개구(30)는 선택적으로 완전히 또는 부분적으로 개방 또는 폐쇄된다. 방출 도관(30)과 더불어 입구 도관(28)은 진공-저항성 호스에 의해 형성된다. 단-회로 도관(34) 내에 배치된 밸브(36)는 열 교환기(26)의 작동 시작에 의해 일단 완전히 개방된다. 열 교환기(26)에서의 냉각 수요가 증가함에 따라, 밸브(26)의 개방 단면이 감소되고, 밸브(38)는 따라서 개방되어, 다량의 냉각제 물이 열 교환기(26)로 유도되고, 반면 열 교환기(26)에 의해 가열된 물은 방출 도관(30)을 통해 유출된다.

주변 물(8) 내에 위치하는 현탁된 입자를 통한 열 교환기(26)의 봉쇄 또는 손상을 방지하기 위해, 주변 물(8) 내에 있는 말단에 있는 입구 개구(28)는 도면에 도시되지 않은 거친 필터를 포함한다. 도면에 도시되지 않은 두 개의 미세 필터가 시약 충전소(2) 내에서 이 거친 필터 옆에 배치되는데, 열 교환기(26)의 바로 입구측에 서로 연이어서 배치되고, 교대로 사용되어, 열 교환기(26)는 미세 필터 중 하나를 청소함에 따라서 또한 작동될 수 있는데, 또다른 미세 필터는 열 교환기(26) 내로의 입자의 투과를 방해하기 때문이다.

순환 펌프(22)의 상류에 있는 물 회로(16)은 내부에 위치한 물의 열팽창시 물 회로(16)을 소통시키고, 또한 누출에 의해 생긴 물 회로(16) 내 물 손상의 보상을 위한 도관 가지(branch)를 포함한다. 이 도관 가지는 주변 물(8) 내에서 나오는 진공-저항성 호스 형태인 보상 도관(40)을 형성한다. 순환하는 물 회로(16)을 사용하여, 물 회로(16)의 누출로 인해 이전에 손실된 주변 물(8)의 양은 이 보상 도관(40)을 통해 채워진다.

처리량 측정 장치(42)는 보상 도관(40)을 통해 채워진 주변 물(8)의 양, 및 이에 의해 누출의 결과로서 손실된 물의 양을 결정할 수 있기 위해, 보상 도관(40) 내에 배치되고, 이 처리량 측정 장치(42)는 제시되지 않은 모니터링 장치에 신호-접속된다. 모니터링 장치는 처리량 측정 장치(42)에 의해 결정된 채워진 주변 물(8)의 처리량에 의해, 이러한 주변 물(8)의 처리량이 정상적인 누출 손상인지 물 회로(16)의 손상에 의해 야기된 누출 손상인지를 결정한다.

또한, 시약 충전소(2)는 도면에 도시되지 않은 온도 조절 장치를 갖는다. 이 온도 조절 장치는 밸브(36, 38) 뿐만 아니라 순환 펌프(22), 전기 히터(24) 및 열 교환기(26)의 입구측 상에 배치된 흡입 펌프(32)에 신호-접속된다.

유사하게, 물 회로(16) 내 주변 물(8)의 온도를 검출하기 위해, 시약 충전소(2) 내에 배치되는 두 개의 온도 센서(44, 46)가 온도 조절 장치에 신호-접속된다. 이들 두 개의 온도 센서(44, 46) 중, 온도 센서(44)는 금속 수소화물 저장 수단(6)의 출구측 상에서 물 회로(16) 내 온도를 기록하고, 온도 센서(46)는 금속 수소화물 저장 수단(6)의 입구측 상에서 물 회로(16) 내 온도를 기록한다. 온도 조절 장치에 신호-접속되는 온도 센서(52)는 열 교환기(26)의 입구측 상의 온도를 검출하기 위해 입구 도관(28) 내에 배치된다.

또한, 물 회로(16) 내 물 처리량은 처리량 측정 장치(48)에 의해 검출되고, 열 교환기(26)를 통한 물 처리량은 처리량 측정 장치(50)에 의해 검출된다. 온도 조절 장치에 신호-접속되는 처리량 측정 장치(48)는 순환 펌프(22)의 출구측 상에 있는 물 회로(16) 내에 배치된다. 유사하게 온도 조절 장치에 신호-접속되는 처리량 측정 장치(50)는 방출 도관(30) 내 열 교환기(26)의 출구측 상에 배치된다.

온도 조절 장치, 온도 조절 장치에 의해 작동되는 부품들인 순환 펌프(22), 히터(24), 흡입 펌프(32), 밸브(36, 38) 및 온도 조절 장치에 신호-접속되는 온도 센서(44, 46, 52), 및 처리량 측정 장치(42, 48, 50)는 바람직하게는 이동가능한 용기 내에 함께 배치된다. 이 용기는 또한 호스를 장착하는 역할도 하고, 이 호스는 용기 상에 제공된 호스 접속부에 접속되어 흡입 도관(40) 뿐만 아니라 호스 도관(12, 14), 입구 도관(28), 방출 도관(30)을 형성한다. 적재된 조건에서, 이 용기는 제한 없이 바다, 항공 또는 육상으로 이동될 수 있고, 잠수함(4)의 금속 수소화물 저장 수단(6)을 충전하기 위해 각각의 잠수함(4)의 바로 옆에 있는 항구 방파제 상에서 설치될 수 있다. 용기 내에 배치된 설치부의 전기 공급은 서로 다른 전압 및 주파수로 선택적으로 실행될 수 있다. 필요한 케이블 접속부를 롤링 케이블 드럼(도시되지 않음) 상에서 용기 내에 장착시킨다.

잠수함(4)의 금속 수소화물 저장 수단(6)을 수소로 충전시키기 위한 본발명에 따른 방법은 도면에 의해 더욱 상세히 설명한다.

일단, 물 회로(16)은 잠수함(4)의 주변 물(8)로 충전된다. 이를 위해, 잠수함(4) 상의 해수 밸브가 개방된다. 이에 따라 진공 흡입 장치(20)는 가지 도관(18)을 통해 물 회로(16) 내로 주변 물(8)을 흡입한다. 주변 물로 완전히 충전되자마자, 잠수함(4)의 해수 밸브는 폐쇄되고, 진공 흡입 장치(20)는 스위치 오프된다. 연이어, 순환 펌프(22)가 작동 개시되고, 주변 물(8)은 물 회로(16) 내에서 순환된다. 물 회로(16) 내 주변 물(8)은 금속 수소화물 저장 수단(6)의 온도에 대해 가능한 한 신뢰성 있는 값을 얻기 위해 여러번 순환된다.

그런 이후 온도 조절이 작동 개시된다. 이 온도 조절은 금속 수소화물 저장 수단(6)의 입구측 상에 있는 온도 센서(46)에 의해 결정되는, 물 회로(16) 내 주변 물(8)의 온도, 및 금속 수소화물 저장 수단(6)의 출구측 상에 있는 온도 센서(44)에 의해 결정되는, 물 회로(16) 내 주변 물(8)의 온도에 기초하여 실행된다. 결정된 온도값은 물 회로(16) 내에서 순환되는 주변 물이 가열되어야 하는지 냉각되어야 하는지를 일단 결정함으로써 온도 제어 장치 내 제어 알고리즘 내에서 처리된다.

만약 금속 수소화물 저장 수단(6)의 가열이 필요하면, 이에 따라 온도 제어 장치는 히터(24)의 가열 전력, 및 순환 펌프(22)의 모터 속도를 통해, 물 회로(16) 내 흐름 부피를 설정한다. 금속 수소화물 저장 수단이 냉각되어야 할 경우, 온도 조절 장치는 열 교환기(26)의 냉각 전력을 증가시킨다. 이를 위해, 개략적 설정을 위해, 일단 밸브(36, 38)는 온도 조절 장치에 의해 설정되고, 이후 미세 설정을 위해, 온도 센서(52)에 의해 결정되는 주변 물(8)의 온도를 고려하면서 흡입 펌프(32)의 처리량 전력이 설정된다.

온도 조절 장치는 또한 금속 수소화물 저장 수단(6)이 온도 센서(44, 46)에 의해 결정된 금속 수소화물 저장 수단(6)의 온도에 기초하여 언제 어떻게 충전되어야 하는지를 결정한다. 이러한 이유로, 온도 조절 장치는 또한 분배기에 신호-접속되고, 분배기를 통해 금속 수소화물 저장 수단의 실제적 충전이 실행된다.

시약 충전소(2)의 완전 작동 중, 물 회로(16)에서 발생하는 누출 손실은 흡입 도관(40)을 통해 물 회로(16)을 다시 주변 물(8)로 충전함으로써 보상된다. 이에 의해, 흡입 장치 내 물 처리량은 처리량 측정 장치(42)를 통해 연속적으로 검출되고, 모니터링 장치에 의해 모니터링된다. 만약 물 처리량이 정상값을 넘으면, 이것은 시약 충전소(2) 또는 잠수함에 속하는 도관 시스템(10)에 대한 손상을 나타내거나, 또는 호스 도관(12, 14)의 잘못된 설치를 나타낸다. 이 경우, 충전 절차를 종결하거나 중단시킬 수 있다.

도면 부호 목록

2 시약 충전소

4 잠수함

6 금속 충전 수단

8 주변 물

10 도관 시스템

12 호스 도관

14 호스 도관

16 회로, 물 회로

18 도관, 연결 도관

20 진공 흡입 장치

22 순환 펌프

24 히터

26 열 교환기

28 입구 도관

30 방출 도관

32 흡입 펌프

34 단-회로 도관

36 밸브

38 밸브

40 보상 도관

42 처리량 측정 장치

44 온도 센서

46 온도 센서

48 처리량 측정 장치

50 처리량 측정 장치

52 온도 센서

도 1은 시약 충전소의 기본적 구성을 모식적으로 나타낸다.

Claims

잠수함(4)의 금속 수소화물 저장 수단(6)을 수소로 충전하는 방법에 있어서,

금속 수소화물 저장 수단(6)을 가열하는 수단에 의해 금속 수소화물 저장 수단(6)의 온도를 충전 도중 잠수함(4)의 주변 물(8)의 최대 예상 온도 이상으로 유지하면서 충전하는 것을 특징으로 하는, 잠수함(4)의 금속 수소화물 저장 수단(6)을 수소로 충전하는 방법.
제 1항에 있어서,

충전시 금속 수소화물 저장 수단(6)의 온도는 충전 말기에 32-34℃의 온도 범위 내의 값을 갖도록 하는 식으로 조절되는 방법.
제 1항의 방법에 따라 잠수함(4)의 금속 수소화물 저장 수단(6)을 수소로 충전하기 위한 시약 충전소(2)에 있어서,

상기 시약 충전소(2)는 금속 수소화물 저장 수단(6)을 가열시키기 위한 수단을 구비하여 잠수함(4)의 금속 수소화물 저장 수단(6)을 수소로 충전시 금속 수소화물 저장 수단(6)의 온도를 잠수함(4)의 주변 물(8)의 최대 예상 온도 이상으로 유지하면서 충전하는 것을 특징으로 하는 시약 충전소(2).
제 3항에 있어서,

시약 충전소(2)는 금속 수소화물 저장 수단(6)을 냉각시키기 위한 수단을 포함하는 시약 충전소(2).
제 3항 또는 4항에 있어서,

시약 충전소(2)는 폐쇄된 물 회로(16)을 형성하기 위해, 잠수함에 속하는 도관 시스템(10)에 접속가능한 것을 특징으로 하는 시약 충전소(2).
제 5항에 있어서,

입구측에서 주변 물(8)로 충전된 열 교환기(26)는 물 회로(16) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 시약 충전소(2).
제 3항 또는 제 4항에 있어서,

시약 충전소(2)는 온도 조절 장치를 포함하고, 이 온도 조절 장치와 함께 금속 수소화물 저장 수단(6)을 가열 및 냉각시키기 위한 수단은 제어 경로를 형성하는 것을 특징으로 하는 시약 충전소(2).
제 7항에 있어서,

순환 펌프(22)가 제어 경로의 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 시약 충전소(2).
제 7항에 있어서,

물 온도를 검출하기 위한 수단(44, 46)이 온도 조절 장치에 신호-접속되어 있고, 금속 수소화물 저장 수단(6)의 입구측 및 출구측 상에 제공되는 것을 특징으로 하는 시약 충전소(2).
제 3항 또는 제 4항에 있어서,

시약 충전소(2)는 순환 펌프(22)의 상류에 흡입 장치(20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 시약 충전소(2).
제 3항 또는 제 4항에 있어서,

시약 충전소(2)는 주변 물(8) 내에 있는 보상 도관(40)을 포함하는 것을 특징으로 하는 시약 충전소(2).
제 11항에 있어서,

보상 도관(40)은 순환 펌프(22)의 바로 상류에 있는 물 회로(16) 내에 있는 것을 특징으로 하는 시약 충전소(2).