KR101138619B1 - 고압 유체 저장시스템 및 저장방법 - Google Patents

고압 유체 저장시스템 및 저장방법 Download PDF

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Abstract

고압 유체 저장시스템이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 유체 저장 시스템은, 고압의 저장유체를 유입 또는 유출시키는 저장유체 입출구와, 내부 압력 조절용 조절유체를 유입 또는 유출시키는 조절유체 입출구를 구비하는 저장용기; 및 상기 저장용기의 외벽에 수압이 가해지도록, 저장용기를 수면 아래의 일정 수심에 위치시키는 고정장치;를 포함한다.

Description

고압 유체 저장시스템 및 저장방법{HIGH PRESSURIZED FLUID STORAGE SYSTEM AND STORING METHOD}
본 발명은 수압을 이용하여 고압의 유체를 저장하는 저장시스템 및 저장방법에 관한 것이다.
일반적으로, 고압의 유체를 저장하는 탱크와 같은 압력용기는 내부의 압력에 의한 힘을 견디기 위해 구 또는 원기둥 모양으로 이루어져 있다. 이때, 용기의 두께는 잘 알려진 바와 같이, 용기의 직경과 내부압력의 곱에 비례하게 된다.
이 경우, 용기의 두께를 두껍게 하지 않은 채 용기를 대형화하는 경우에는 내부의 압력을 견디지 못하여 용기가 폭발할 수 있는 위험이 따른다.
따라서, 압력이 높고 용량이 큰 용기를 만들기 위해서는 용기의 두께를 매우 두껍게 하거나 보다 강한 재질로 용기를 제작해야 하므로, 구조물의 중량이 증가하여 용기를 대형화시키는 데 많은 어려움이 있다.
특히, 천연가스, 석유가스, 수소, 이산화탄소 등의 유체를 고압으로 저장해야 하는 경우에는 상술한 이유로, 저장탱크의 크기를 대형화시킬 수가 없기 때문에, 다수의 탱크를 제작하여 설치하여야 하는 문제점이 있다. 따라서, 저장하는 유체의 양에 비례하여 더 많은 탱크 설치부지가 요구되고, 탱크의 제조비용이 증가하는 문제점이 있다.
그러므로, 고압의 유체를 대량으로 저장할 수 있도록 고압 유체 저장용기를 대형화시킬 수 있는 기술이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명의 실시예는, 고압의 유체가 저장용기의 용기벽에 가하는 압력을 상쇄할 수 있는 구성을 가지는 고압 유체 저장시스템 및 저장방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 고압의 저장유체를 저장하는 고압 유체 저장시스템으로서,
고압의 저장유체를 유입 또는 유출시키는 저장유체 입출구와, 내부 압력 조절용 조절유체를 유입 또는 유출시키는 조절유체 입출구를 구비하는 저장용기; 및 상기 저장용기의 외벽에 수압이 가해지도록, 상기 저장용기를 수면 아래의 일정 수심에 위치시키는 고정장치;를 포함하고,
상기 저장용기의 저장유체 입출구를 통하여 저장유체가 유입되거나 유출될 때, 상기 조절유체 입출구를 통하여 내부 압력 조절용 조절유체를 유출시키거나 유입시킴으로써, 상기 저장용기 내부의 압력을 일정한 상태로 유지시키는 것을 특징으로 하는 고압 유체 저장시스템이 제공될 수 있다.
또한, 상기 저장용기는 구 형상일 수 있다.
또한, 상기 저장유체 입출구에는 저장유체 유량제어 밸브가 마련되고, 상기 조절유체 입출구에는 조절유체 유량제어 밸브가 마련될 수 있다.
또한, 상기 저장용기는, 상기 저장용기 내부의 압력을 측정하기 위한 압력센서를 포함하고, 상기 압력센서에 의해 측정된 상기 저장용기 내부의 압력에 기초하여 상기 조절유체 유량제어 밸브의 개폐를 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 고정장치는, 일단이 상기 저장용기에 연결되고, 타단이 해저에 고정된 와이어일 수 있다.
또한, 상기 조절유체는 상기 저장용기가 위치된 주위에 존재하는 물일 수 있다.
또한, 상기 저장유체 입출구는 상기 저장용기의 상부에 마련되고, 상기 조절유체 입출구는 상기 저장용기의 하부에 마련될 수 있다.
또한, 상기 저장용기 내부의 공간을, 상기 저장유체가 저장되는 제1 공간과 상기 조절유체가 저장되는 제2 공간으로 분리시키는 격벽이 상기 저장용기 내부에 마련될 수 있다.
또한, 상기 격벽은 상기 제1 공간의 부피와 상기 제2 공간의 부피를 변경시키도록 상기 저장용기 내에 이동가능하게 설치될 수 있다.
또한, 상기 격벽은 상기 제1 공간의 부피와 상기 제2 공간의 부피를 변경시키도록 탄성 변형이 가능한 재질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 고압의 저장유체를 저장하는 고압 유체 저장시스템으로서,
고압의 저장유체를 유입 또는 유출시키는 저장유체 입출구를 구비하는 저장용기; 및 상기 고압의 저장유체가 상기 저장용기의 용기벽에 가하는 압력을 수압을 이용하여 상쇄시키도록, 상기 저장용기를 수면 아래의 일정 수심 위치로 이동시켜 유지시키는 이동기구;를 포함하는 고압 유체 저장시스템이 제공될 수 있다.
또한, 상기 이동기구는, 일단이 상기 저장용기에 연결되어 있는 와이어; 및 상기 와이어를 권출 또는 권취시키도록 수면아래의 바닥에 고정된 제어윈치;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 이동기구는, 상기 저장용기에 부착되고 밸러스트 수(水) 유출입구가 마련된 밸러스트 탱크일 수 있다.
또한, 상기 밸러스트 탱크는 상기 저장용기를 둘러싸는 구형상이고, 상기 밸러스트 탱크와 상기 저장용기의 외벽 사이의 공간에 밸러스트 수가 저장될 수 있다.
또한, 상기 이동기구는, 상기 저장용기에 연결되어 상기 저장용기를 상하방향으로 이동시키는 유압 실린더일 수 있다.
또한, 상기 이동기구는, 상기 저장용기의 상하 방향을 안내하도록, 상하방향으로 연장된 안내레일;을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 저장용기는, 상기 저장용기 내부의 압력을 측정하기 위한 압력센서를 포함하고, 상기 압력센서에 의해 측정된 상기 저장용기 내부의 압력에 기초하여 상기 이동기구를 구동시킴으로써, 상기 저장용기를 수면 아래의 일정 수심 위치로 이동시켜 유지시키는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 고압의 저장유체를 저장하는 고압 유체 저장방법으로서,
저장유체 입출구와, 내부 압력 조절용 조절유체 입출구를 구비하는 저장용기를 수면 아래의 일정 수심에 위치시키는 단계; 상기 저장유체 입출구를 통하여 저장유체를 유입 또는 유출시키는 단계; 상기 저장용기 내부의 압력을 측정하는 단계; 및 상기 저장유체의 유입 또는 유출시, 상기 측정된 압력에 기초하여 상기 조절유체 입출구를 통하여 내부 압력 조절용 조절유체를 유출 또는 유입시켜, 상기 저장용기 내부의 압력을 일정한 상태로 유지시키는 단계;를 포함하는 고압 유체 저장방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 고압의 저장유체를 저장하는 고압 유체 저장방법으로서,
저장유체 입출구를 구비하는 저장용기를 수면 아래의 제1 위치에 위치시키는 단계; 상기 저장유체 입출구를 통하여 저장유체를 유입 또는 유출시키는 단계; 상기 저장용기 내부의 압력을 측정하는 단계; 및 상기 고압의 저장유체가 상기 저장용기의 용기벽에 가하는 압력을 수압을 이용하여 상쇄시키도록, 상기 측정된 압력에 기초하여 상기 저장용기를 수면 아래의 제2 위치로 이동시키는 단계;를 포함하는 고압 유체 저장방법이 제공될 수 있다.
본 실시예에 따른 고압 유체 저장시스템 및 저장방법에 따르면, 내부 압력 조절용 조절유체를 유출입시켜 저장용기의 내부 압력을 일정하게 유지시키거나, 수압을 이용하여 저장용기 내부의 압력을 상쇄시키기 때문에, 용기 내부의 압력이 증가하여 용기가 폭발하는 위험을 방지할 수 있다.
따라서, 저장용기의 용기벽을 두껍게 하지 않으면서도 저장용기를 대형화시킬 수 있어, 저장용기의 중량을 증가를 최소화 할 수 있다.
또한, 저장용기의 대형화가 가능하기 때문에, 저장용기의 설치 개수를 최소화할 수 있어 넓은 면적의 설치부지가 필요치 않다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 유체 저장시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 고압 유체 저장시스템에 있어서, 조절유체가 유입된 상태를 도시하는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 고압 유체 저장시스템에 있어서, 조절유체로서 물(해수)을 사용하는 경우를 도시하는 도면이다.
도 4는 고정장치로서 와이어가 구비된 고압 유체 저장시스템의 개략도이다.
도 5는 이동식 격벽이 구비된 고압 유체 저장시스템의 개략도이다.
도 6 내지 도 7은 탄성변형이 가능한 격벽이 구비된 고압 유체 저장시스템의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고압 유체 저장시스템의 개략도이다.
도 9는 도 8에 도시된 고압 유체 저장시스템의 저장용기가 상승한 경우를 도시하는 도면이다.
도 10은 안내레일이 구비된 고압 유체 저장시스템의 개략도이다.
도 11은 도 10의 선 XI-XI을 따라 취해진 단면도이다.
도 12는 이동기구로서, 유압 실린더가 사용되는 경우를 나타내는 도면이다.
도 13은 이동기구로서, 밸러스트 탱크가 사용되는 경우를 나타내는 도면이다.
도 14는 도 13에 도시된 고압유체 저장시스템이 상승한 경우를 도시하는 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 유체 저장방법의 개략적 순서도이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고압 유체 저장방법의 개략적 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대하여 설명한다. 본 실시예는 제한적인 것으로 의도된 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 유체 저장시스템의 개략도이고, 도 2는 도 1에 도시된 고압 유체 저장시스템에 있어서, 조절유체가 유입된 상태를 도시하는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 도시된 고압 유체 저장시스템(100)은, 일례로 천연가스, 석유가스, 수소, 이산화탄소 등의 유체를 고압으로 저장하기 위해 마련된 것이다. 상기 고압 유체 저장시스템(100)은 고압의 유체를 저장하는 데 있어서, 수압을 이용할 수 있도록 구성되어 있다.
상기 고압 유체 저장시스템(100)은 고압의 저장유체(F1)를 저장하는 저장용기(110) 및 상기 저장용기(110)를 지지하기 위한 고정장치(120)를 포함하여 구성된다.
상기 저장용기(110)는 일례로, 구형상을 가질 수 있으며, 내부에 고압의 저장유체(F1)를 저장하고 있다. 또한, 상기 저장용기(110)는 저장유체 입출구(112) 및 조절유체 입출구(114)를 포함한다.
상기 저장유체 입출구(112)는 상기 고압의 저장유체(F1)를 상기 저장용기(110) 내부로 유입시키거나 상기 저장용기(110)로부터 외부로 유출시킬 수 있도록 하기 위해 마련된 것이고, 상기 조절유체 입출구(114)는 상기 저장용기(110) 내부의 압력(P1)을 조절하기 위한 조절유체(F2)를 유입 또는 유출시키기 위해 마련된 것이다. 도시된 실시예에서, 상기 저장유체 입출구(112)는 상기 저장용기(110)의 상부에 마련되어 있고, 상기 조절유체 입출구(114)는 상기 저장용기(110)의 하부에 마련되어 있다.
상기 저장유체 입출구(112)는, 내부에 저장유체(F1)가 흐를 수 있는 저장유체 유동 파이프(130)에 유체연통되어 있다. 또한, 상기 조절유체 입출구(114)는, 내부에 조절유체(F2)가 흐를 수 있는 조절유체 유동 파이프(132)에 유체연통되어 있다. 그리고, 상기 저장유체 입출구(112)에는 저장유체 유량제어 밸브(115)가 마련되어, 상기 저장용기(110)와 상기 저장유체 유동 파이프(130)간의 저장유체(F1)의 흐름을 제어한다. 또한, 상기 조절유체 입출구(114)에는 조절유체 유량제어 밸브(116)가 마련되어, 상기 저장용기(110)와 상기 조절유체 유동 파이프(132) 간의 조절유체(F2)의 흐름을 제어한다.
또한, 상기 고압 유체 저장시스템(100)은 압력센서(152) 및 제어부(150)를 더 포함할 수 있다.
상기 압력센서(152)는 상기 저장용기(110)의 내부의 압력을 측정하기 위해 마련된 것이다. 상기 제어부(150)는 상기 저장유체 유량제어 밸브(115) 및 상기 조절유체 유량제어 밸브(116)의 개폐를 제어하기 위해 마련된 것이다. 또한, 상기 제어부(150)는 상기 압력센서(152)에 의해 측정된 상기 저장용기(110) 내부의 압력에 기초하여 상기 조절유체 유량 제어 밸브(116)의 개폐를 제어할 수 있다.
상기 고정장치(120)는 상기 저장용기(110)를 수면(1)(예컨대, 해수면) 아래의 일정 수심에 위치시키기 위하여 마련된 것이다. 본 실시예에서, 상기 고정장치(120)는 일단이 해저(2)에 고정되고 타단이 상기 저장용기(110)에 고정되어, 상기 저장용기(110)를 지지하는 프레임 형상을 가진다.
이하, 상술한 실시예에 따른 고압 유체 저장시스템(100)의 작동 및 효과에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 저장용기(110) 내부는 고압의 저장유체(F1)로 완전히 채워져 있다. 이 경우, 상기 저장용기(110)의 용기벽이 받는 압력은, 상기 저장용기(110) 내부의 압력(P1)과, 수압(P2)의 차이다.
즉, 저장용기의 용기벽이 받는 압력 = P1 - P2 가 된다.
예컨대, 상기 저장용기(110)가 수심 20m 아래에 위치하고, 상기 저장용기(110)의 내부 압력(P1)이 2bar인 경우에 있어서, 물속으로 10m 들어갈 때 마다 수압은 대략 1bar씩 증가하게 되므로, 상기 저장용기(110)에 가해지는 수압(P2)는 2bar이다. 따라서, 상기 저장용기(110)의 용기벽에 가해지는 압력은 2bar - 2bar = 0bar 이다. 즉, 고압의 저장유체(F1)가 상기 저장용기(110)의 용기벽에 가하는 압력(P1)은 수압(P2)에 의해 상쇄될 수 있다.
상기 저장용기(110)가 해수면 아래에 위치하기 때문에, 상기 저장용기(110)의 용기벽이 받는 압력은, 상기 저장용기(110)가 지상에 있을 때에 비하여 줄어들게 된다. 따라서, 상기 저장용기(110)의 용기벽의 두께를 증가시키지 않더라도, 상기 저장용기(110)를 대형화시킬 수 있다. 또한, 상기 저장용기(110)를 보다 수심이 깊은 곳에 위치시키면, 상기 저장용기(110)를 더욱 대형화시킬 수 있다.
다음으로, 상기 저장용기(110)에 저장된 고압의 저장유체(F1)를 사용하기 위해 배출시키는 경우를 설명한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 저장용기(110)의 저장유체 유량제어 밸브(115)를 개방하여, 고압의 저장유체(F1)를 외부로 배출시키는 경우에, 상기 저장용기(110)의 내부의 압력은 떨어지게 된다. 이 경우, 상기 제어부(150)는 상기 압력센서(152)를 통하여 상기 저장용기(110) 내부의 압력을 실시간으로 체크한다. 상기 저장용기(110) 내부의 압력이 감소되는 것을 방지하고 일정하게 유지시키기 위하여, 상기 제어부(150)는 상기 조절유체 유량제어 밸브(116)를 개방하여 상기 조절유체(F2)를 상기 저장용기(110) 내부로 유입시킨다. 이로 인해, 상기 저장용기(110) 내부의 압력은 일정하게 유지될 수 있다.
이 경우, 상기 조절유체(F2)는 상기 저장유체(F1)보다 밀도가 크거나 액체일 수 있다.
또한, 상기 저장유체 입출구(112)를 상기 저장용기(110) 상부에 마련하고, 상기 조절유체 입출구(114)를 상기 저장용기(110) 하부에 마련함으로써, 보다 적은 에너지를 이용하여 상기 조절유체(F2)를 상기 저장용기(110) 내부로 유입시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 고압 유체 저장시스템(100)은 해수면 아래의 일정 수심에 저장용기(110)를 위치시킴으로써, 상기 저장용기(110)에 가해지는 수압을 이용하여 상기 저장용기(110)를 대형화시킬 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 저장용기(110)가 구형상인 것을 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 원통형 형상 등을 가질수도 있음은 물론이다.
본 실시예에 있어서, 상기 저장용기(110)의 내부 압력을 일정하게 유지하기 위하여 별도의 조절유체(F2)를 이용하는 것을 예를 들어 설명하였다. 그러나, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 저장용기(110)가 위치된 주위에 존재하는 물(해수)을 조절유체(F2)로서 이용할 수도 있음은 물론이다. 이 경우, 저장유체(F1)를 상기 저장용기(110) 내부로 유입시키고, 상기 저장용기(110) 내부에 존재하는 조절유체(F2)인 물(해수)을 상기 저장용기(110) 외부로 유출시키는 과정에서, 상기 저장용기(110) 외부의 물(해수)의 압력이 상기 저장용기(110) 내부의 압력보다 커서 물(해수)이 상기 저장용기(110) 내부로 유입될 수가 있다. 이를 방지하기 위해 상기 저장용기(110) 내부 또는 상기 조절유체 유량제어 밸브(116)에는 압력 조정 수단이 마련될 수도 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 저장용기(110)를 고정시키기 위해 프레임 형상의 고정장치(120)를 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 4에 도시된 고압 유체 저장시스템(110)에서와 같이, 일단이 저장용기에 연결되고 타단이 해저(2)에 고정된 와이어(122)를 이용하여 상기 저장용기(110)를 고정시킬 수도 있음은 물론이다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 고압 유체 저장시스템에 대하여 설명하기로 한다.
도 5는 이동식 격벽이 구비된 고압 유체 저장시스템의 개략도이고, 도 6 내지 도 7은 탄성변형이 가능한 격벽이 구비된 고압 유체 저장시스템의 개략도이다. 도 5 내지 도 7에 도시된 실시예를 설명함에 있어서, 상술한 실시예와의 차이점에 대해서만 상세히 설명하기로 한다.
도 5를 참조하면, 도시된 고압 유체 저장시스템(102)은 원통형 형상을 가지는 저장용기(111)를 가진다. 상기 저장용기(111) 역시, 상술한 실시예에서의 저장용기(110)와 마찬가지로 상기 고정장치(120)에 의해 수면(1) 아래의 일정한 수심에 위치되어 있다.
한편, 상기 저장용기(111) 내부에는 이동판(160)이 마련되어 있다. 상기 이동판(160)은, 저장유체(F1)가 저장되는 제1 공간과 조절유체(F2)가 저장되는 제2 공간으로 상기 저장용기(111) 내부의 공간을 분리시키는 격벽으로서의 역할을 하기 위해 마련된 것이다.
상기 저장용기(111) 내부에 고압의 저장유체(F1)가 충전되는 경우에는, 상기 이동판(160)이 방향(B)으로 하강하게 된다. 이때, 상기 저장유체(F1)가 상기 저장용기(111)의 용기벽에 가하는 압력은 수압에 의해 상쇄될 수 있다.
상기 저장용기(111) 내부에 저장된 고압의 저장유체(F1)를 사용하기 위하여 저장유체 유량제어 밸브(115)를 개방하면, 상기 저장유체(F1)가 저장된 제 1 공간의 압력은 감소하게 된다.
이 경우, 제어부(150)는 압력센서(152)를 통하여 상기 저장용기(111) 내부의 압력을 실시간으로 체크한다. 상기 저장용기(111) 내부의 압력이 감소되는 것을 방지하고 일정하게 유지시키기 위하여, 상기 제어부(150)는 조절유체 유량제어 밸브(116)를 개방하여 조절유체(F2)를 상기 저장용기(111) 내부의 제2 공간으로 유입시킨다. 상기 조절유체(F2)가 유입되면, 상기 이동판(160)은 방향(A)으로 상승하게 되어, 상기 저장유체(F1)가 저장된 제1 공간의 부피를 감소시킨다. 이로 인해, 상기 저장용기(111) 내부의 압력은 일정하게 유지될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 저장용기(111)의 내부공간을 제1 공간과 제2 공간으로 분리하기 위하여 이동판(160)을 예를 들어 설명하였다. 그러나, 도 6 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제1 공간과 제2 공간을 분리시키기 위한 격벽으로서, 예컨대 고무등과 같이 탄성 변형이 가능한 재질로 이루어진 격막(162)이 설치될 수도 있음은 물론이다. 이 경우, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 격막(162)은 탄성변형이 가능하므로, 저장유체(F1)가 저장되는 제1 공간의 부피를 조절함으로써, 상기 저장용기(111) 내부의 압력을 일정하게 유지시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고압 유체 저장시스템에 대하여 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고압 유체 저장시스템의 개략도이고, 도 9는 도 8에 도시된 고압 유체 저장시스템의 저장용기가 상승한 경우를 도시하는 도면이다.
도 8 및 도 9에 도시된 실시예를 설명함에 있어서, 상술한 실시예와 동일한 기능을 하는 구성에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 도시된 고압 유체 저장시스템(200)은, 일례로 천연가스, 석유가스, 수소, 이산화탄소 등의 유체를 고압으로 저장하기 위해 마련된 것이다. 상기 고압 유체 저장시스템(100)은 고압의 유체를 저장하는 데 있어서, 수압을 이용할 수 있도록 구성되어 있다.
상기 고압 유체 저장시스템(200)은 고압의 저장유체(F1)를 저장하는 저장용기(210)와, 상기 저장용기(210)를 수면 아래의 일정 수심 위치로 이동시켜 유지시키는 이동기구를 포함하여 구성된다.
상기 저장용기(210)는 구형상을 가질 수 있으며, 내부에 고압의 저장유체(F1)를 저장하고 있다. 또한, 상기 저장용기(210)는 저장유체 입출구(212)를 포함한다.
상기 저장유체 입출구(212)는 상기 고압의 저장유체(F1)를 상기 저장용기(210) 내부로 유입시키거나 상기 저장용기(210)로부터 외부로 유출시킬 수 있도록 하기 위해 마련된 것이다.
상기 저장유체 입출구(212)는, 내부에 저장유체(F1)가 흐를 수 있는 저장유체 유동 파이프(230)에 유체연통되어 있다. 그리고, 상기 저장유체 입출구(212)에는 저장유체 유량제어 밸브(215)가 마련되어, 상기 저장용기(210)와 상기 저장유체 유동 파이프(230)간의 저장유체(F1)의 흐름을 제어한다.
상기 이동기구는, 상기 고압의 저장유체(F1)가 상기 저장용기(210)의 용기벽에 가하는 압력(P1)을 수압(P2)을 이용하여 상쇄시키도록, 상기 저장용기(210)를 수면 아래의 일정 수심 위치로 이동시켜 유지시키기 위하여 마련된 것이다. 본 실시예에서, 상기 이동기구는, 일단이 상기 저장용기(210)에 연결되어 있는 와이어(270)와, 상기 와이어(270)를 권출 또는 권취시키도록 수면 아래의 바닥(2)에 고정된 제어윈치(272)를 포함한다.
상기 제어윈치(272)에 감겨진 상기 와이어(270)가 권출되면, 상기 저장용기(210)는 자체부력에 의해 수면(1)을 향하여 상승하려 한다. 따라서, 상기 제어윈치(272)로부터 풀려진 와이어(270)의 길이에 따라 상기 저장용기(270)의 위치가 결정될 수 있다.
또한, 상기 고압 유체 저장시스템(200)은 압력센서(252) 및 제어부(250)를 더 포함할 수 있다.
상기 압력센서(252)는 상기 저장용기(210)의 내부의 압력을 측정하기 위해 마련된 것이다. 상기 제어부(250)는 상기 저장유체 유량제어 밸브(215)의 개폐를 제어하기 위해 마련된 것이다. 또한, 상기 제어부(250)는 상기 제어윈치(272)를 회전시킴으로써, 상기 와이어(270)를 상기 제어윈치(272)에 권취시키거나 상기 제어윈치(272)로부터 권출시킬 수 있다.
이하, 상술한 실시예에 따른 고압 유체 저장시스템(200)의 작동 및 효과에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 저장용기(210) 내부는 고압의 저장유체(F1)로 완전히 채워져 있고, 상기 저장용기(210)는 상기 저장용기(210)의 중심을 기준으로 수면(1)으로부터 D1만큼 아래에 위치하고 있다.
이 경우, 상기 저장용기(210)의 용기벽이 받는 압력은, 상기 저장용기(210) 내부의 압력(P1)과, 수압(P2)의 차이다.
즉, 저장용기의 용기벽이 받는 압력 = P1 - P2 가 된다. 따라서, D1을 적절히 설정하면, 상기 저장용기(210)에 가해지는 수압(P2)이 상기 저장용기(210)의 내부압력(P1)과 동일하도록 만들 수 있다. 즉, 상기 저장용기(210)의 용기벽에 가해지는 압력이 0이 되도록 할 수 있다.
상기 저장용기(210)가 수면(1) 아래에 위치하기 때문에, 상기 저장용기(210)의 용기벽이 받는 압력은, 상기 저장용기(210)가 지상에 있을 때에 비하여 줄어들게 된다. 따라서, 상기 저장용기(210)의 용기벽의 두께를 증가시키지 않더라도, 상기 저장용기(210)를 대형화시킬 수 있다.
다음으로, 상기 저장용기(210)에 저장된 고압의 저장유체(F1)를 사용하기 위해 유출시키는 경우를 설명한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 저장용기(210)의 저장유체 유량제어 밸브(215)를 개방하여, 고압의 저장유체(F1)를 외부로 배출시키는 경우에, 상기 저장용기(210)의 내부의 압력은 떨어지게 된다.
이 경우, 상기 제어부(250)는 상기 압력센서(252)를 통하여 상기 저장용기(210)의 내부압력을 실시간으로 체크한다. 상기 압력센서(252)에 의해 검출된 상기 저장용기(210)의 내부의 압력이 P1'로 떨어지게 되면, P2 - P1'만큼의 압력이 상기 저장용기(210)의 용기벽에 가해지게 된다. 따라서, 상기 저장용기(210)의 용기벽에 압력이 가해지는 것을 방지하기 위하여, 상기 제어부(250)는 상기 제어윈치(272)를 회전시켜 상기 제어윈치(272)로부터 상기 와이어(270)를 권출시킨다.
상기 와이어(270)가 권출됨에 따라, 상기 와이어(270)의 권출된 길이만큼 상기 저장용기(210)는 부력에 상승한다. 이에 따라, 상기 저장용기(210)는 상기 저장용기(210)의 중심을 기준으로 수면(1)으로부터 D2만큼 아래에 위치하게 된다. 이 경우, 상기 저장용기(210)에 가해지는 수압은 P2'가 된다. 따라서, D2를 적절히 설정하면, 상기 저장용기(210)에 가해지는 수압(P2')이 상기 저장용기(210)의 내부압력(P1')과 동일하도록 만들 수 있다. 즉, 상기 저장용기(210)의 용기벽에 가해지는 압력이 0이 되도록 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 고압 유체 저장시스템(200)은, 고압의 저장유체(F1)가 저장용기(210)의 용기벽에 가하는 압력을 수압을 이용하여 상쇄시킴으로써, 저장용기(210)를 대형화시킬 수 있다. 또한, 상기 저장용기(210)를 이동시켜 유지시키는 이동기구를 구비함으로써, 상기 저장용기(210)의 내부압력이 변동하더라도, 변동된 내부압력과 동일한 수압이 가해지는 위치로 상기 저장용기(210)를 이동시킬 수 있다.
한편, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 저장용기(210)의 상하방향으로의 이동시, 상기 저장용기(210)가 흔들리지 않고 안정적으로 이동될 수 있게 하기 위하여, 상기 고압 유체 저장시스템(200)은 상기 이동기구로서 상하방향으로 연장된 한 쌍의 안내레일(280)을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 저장용기(210)에는 서로 대향하는 위치에 한 쌍의 돌출부(282)가 마련된다. 상기 돌출부(282)는 상기 안내레일(280)에 끼워져 상하로 슬라이딩 운동할 수 있기 때문에, 상기 저장용기(210)는 보다 안정적으로 상하로 이동될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 저장용기(210)가 와이어(270) 및 제어윈치(272)에 의해 이동되는 것을 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 저장용기(210)를 이동시키기 위한 이동기구로서, 유압 실린더(290)가 마련될 수도 있다. 상기 유압 실린더(290)는 수면 아래의 바닥(2)에 고정되어 있고, 상기 유압 실린더(290)의 로드(292)는 상기 저장용기(210)에 연결되어 있다. 이 경우, 제어부(250)는 상기 유압 실린더(290)를 제어함으로써, 상기 저장용기(210)를 상하방향으로 이동시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고압 유체 저장시스템에 대하여 설명하기로 한다.
도 13은 이동기구로서, 밸러스트 탱크가 사용되는 경우를 나타내는 도면이고, 도 14는 도 13에 도시된 고압유체 저장시스템이 상승한 경우를 도시하는 도면이다. 이하에서는, 전술한 실시예와 동일한 작동 및 효과를 나타내는 구성에 대해서는 생략하고, 전술한 실시예와의 차이점에 대해서만 상세히 설명하기로 한다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 도시된 고압 유체 저장시스템(300)은, 도 8에 도시된 고압 유체 저장시스템(200)과는 달리, 저장용기(310)를 이동시키기 위한 이동기구로서, 밸러스트 탱크(390)를 사용한다.
본 실시예에서, 상기 밸러스트 탱크(390)는 상기 저장용기(310)를 둘러싸는 구형상이고, 상기 밸러스트 탱크(390)와 상기 저장용기(310)의 외벽 사이의 공간(391)에 밸러스트 수(물)가 저장된다. 상기 밸러스트 탱크(390)에는, 부력을 조절하기 위한 밸러스트 수(W)가 유출입될 수 있는 밸러스트 수 유출입구(392)가 마련되어 있다.
또한, 상기 밸러스트 수 유출입구(392)에는 밸러스트 수 유량제어 밸브(394)가 마련되어 있는데, 상기 밸러스트 수 유량제어 밸브(394)는 제어부(350)에 연결되어 있다. 또한, 상기 밸러스트 수 유출입구(392)에는 상기 공간(391)에 채워진 밸러스트 수(W)를 외부로 배출하기 위한 펌프(395)와 유체연통되어 있다. 또한, 상기 제어부(350)는 상기 밸러스트 수 유량제어 밸브(394)의 개폐 및 상기 펌프(395)의 구동을 제어함으로써, 상기 공간(391) 에 채워지는 밸러스트 수(W)의 양을 조절할 수 있다.
이하, 상술한 실시예에 따른 고압 유체 저장시스템(300)의 작동에 대해서 설명하기로 한다.
먼저, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 저장용기(310)의 내부는 고압의 저장유체(F1)로 완전히 채워져 있고, 상기 저장탱크(310)는 상기 저장탱크(310)의 중심을 기준으로 수면(1)으로부터 D1만큼 아래에 위치하고 있다. 이 경우, 상기 저장용기(310)의 용기벽이 받는 압력은, 상기 저장용기(310) 내부의 압력(P1)과, 수압(P2)의 차이다. 즉, 저장용기의 용기벽이 받는 압력 = P1 - P2 가 된다. 따라서, D1을 적절히 설정하면, 상기 저장용기(310)에 가해지는 수압(P2)이 상기 저장용기(310)의 내부압력(P1)과 동일하도록 만들 수 있다. 즉, 상기 저장용기(310)의 용기벽에 가해지는 압력이 0이 되도록 할 수 있다.
다음으로, 상기 저장용기(310)에 저장된 고압의 저장유체(F1)를 사용하기 위해 유출시키는 경우를 설명한다. 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(350)가 상기 저장유체 유량제어 밸브(315)를 개방하여, 고압의 저장유체(F1)를 외부로 배출시키는 경우에, 상기 저장용기(310)의 내부의 압력은 떨어지게 된다.
이 경우, 상기 제어부(350)는 압력센서(352)를 통하여 상기 저장용기(310)의 내부압력을 실시간으로 체크한다. 상기 압력센서(352)에 의해 검출된 상기 저장용기(310)의 내부의 압력이 P1'로 떨어지게 되면, P2 - P1'만큼의 압력이 상기 저장용기(310)의 용기벽에 가해지게 된다. 따라서, 상기 저장용기(310)의 용기벽에 압력이 가해지는 것을 방지하기 위하여, 상기 제어부(350)는 상기 밸러스트 수 유량제어 밸브(394)를 개방하고, 상기 펌프(395)를 구동시킨다. 이에 따라, 상기 공간(391) 내부에 저장된 밸러스트 수(W)는 외부로 배출되고, 상기 밸러스트 탱크(390)에 의한 부력은 증가하게 되어, 상기 저장용기(310)는 수면(1)에 보다 가까운 D2의 위치로 상승하게 된다.
이 경우, 상기 저장용기(310)에 가해지는 수압은 P2에서 P2'로 감소하게 된다. 따라서, D2의 위치를 적절하게 설정하면, 상기 저장용기(310)에 가해지는 수압(P2')이 상기 저장용기(310)의 내부압력(P1')과 동일하도록 만들 수 있다. 즉, 상기 저장용기(310)의 용기벽에 가해지는 압력이 0이 되도록 할 수 있다.
본 실시예에 따른 고압 유체 저장시스템(300) 역시, 전술한 실시예의 고압 유체 저장시스템(200)과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 유체 저장방법에 대해 설명하기로 한다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 유체 저장방법의 개략적 순서도이다.
도 15를 참조하면, 본 실시예에 따른 고압 유체 저장방법은, 수압을 이용하여 예컨대 천연가스, 석유가스, 수소, 이산화탄소 등의 유체를 고압으로 저장하기 위한 방법으로서, 저장용기 위치설정 단계(S101), 저장유체 유출입 단계(S102), 압력측정 단계(S103), 및 조절유체 유출입 단계(S104)를 포함한다.
상기 저장용기 위치설정 단계(S101)는, 상기 저장용기에 수압이 가해지도록, 상기 저장용기를 수면 아래의 일정 수심에 위치시키는 단계이다.
상기 저장유체 유출입 단계(S102)는, 상기 저장용기에 마련된 저장용기 입출구를 통하여 상기 저장용기로 고압의 저장유체를 유입시키거나, 외부 사용을 위해 저장용기로부터 고압의 저장유체를 유출시키는 단계이다.
상기 압력측정 단계(S103)는, 상기 저장용기에 구비된 압력센서를 이용하여 상기 저장용기의 내부압력을 실시간으로 측정하는 단계이다.
상기 조절유체 유출입 단계(S104)는, 상기 저장유체의 유입 또는 유출시, 상기 압력센서에 의해 측정된 압력에 기초하여 상기 저장용기에 압력 조절용 조절유체를 유출시키거나 유입시켜, 상기 저장용기 내부의 압력을 일정한 상태로 유지시키는 단계이다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 고압 유체 저장방법에 대해 설명하기로 한다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고압 유체 저장방법의 개략적 순서도이다.
도 16을 참조하면, 본 실시예에 따른 고압 유체 저장방법은, 수압을 이용하여 예컨대 천연가스, 석유가스, 수소, 이산화탄소 등의 유체를 고압으로 저장하기 위한 방법으로서, 저장용기 위치설정 단계(S201), 저장유체 유출입 단계(S202), 압력측정 단계(S203), 및 저장용기 이동단계(S204)를 포함한다.
상기 저장용기 위치설정 단계(S201)는, 상기 저장용기에 수압이 가해지도록, 상기 저장용기를 수면 아래의 제1 위치에 위치시키는 단계이다.
상기 저장유체 유출입 단계(S202)는, 상기 저장용기에 마련된 저장용기 입출구를 통하여 상기 저장용기로 고압의 저장유체를 유입시키거나, 외부 사용을 위해 저장용기로부터 고압의 저장유체를 유출시키는 단계이다.
상기 압력측정 단계(S203)는, 상기 저장용기에 구비된 압력센서를 이용하여 상기 저장용기의 내부압력을 실시간으로 측정하는 단계이다.
상기 저장용기 이동단계(S204)는, 상기 고압의 저장유체가 상기 저장용기의 용기벽에 가하는 압력을 수압을 이용하여 상쇄시키도록, 상기 측정된 압력에 기초하여 상기 저장용기를 수면 아래의 제2 위치로 이동시키는 단계이다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100, 101, 102, 200, 300: 고압 유체 저장시스템
110, 111, 210, 310: 저장용기
112, 212, 312: 저장유체 입출구 114: 조절유체 입출구
115, 315: 저장유체 유량제어 밸브 116: 조절유체 유량제어 밸브
120: 고정장치 122: 와이어
130, 230, 330: 저장유체 유동 파이프
132: 조절유체 유동 파이프
150, 250, 350: 제어부 152, 252, 352: 압력센서
160: 이동판 162: 격막
270: 와이어 272: 제어윈치
280: 안내레일 282: 돌출부
290: 유압실린더 292: 로드
390: 밸러스트 탱크(Ballast Tank) 391: 저장공간
392: 밸러스트 수 유출입구
394: 밸러스트 수 유량제어 밸브
395: 펌프

Claims (19)

  1. 고압의 저장유체를 저장하는 고압 유체 저장시스템으로서,
    고압의 저장유체를 유입 또는 유출시키는 저장유체 입출구와, 내부 압력 조절용 조절유체를 유입 또는 유출시키는 조절유체 입출구를 구비하는 저장용기; 및
    상기 저장용기의 외벽에 수압이 가해지도록, 상기 저장용기를 수면 아래의 일정 수심에 위치시키는 고정장치;를 포함하고,
    상기 저장용기의 저장유체 입출구를 통하여 저장유체가 유입되거나 유출될 때, 상기 조절유체 입출구를 통하여 내부 압력 조절용 조절유체를 유출시키거나 유입시킴으로써, 상기 저장용기 내부의 압력을 일정한 상태로 유지시키는 것을 특징으로 하는 고압 유체 저장시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 저장용기는 구 형상인 것을 특징으로 하는 고압 유체 저장시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 저장유체 입출구에는 저장유체 유량제어 밸브가 마련되고,
    상기 조절유체 입출구에는 조절유체 유량제어 밸브가 마련되는 것을 특징으로 하는 고압 유체 저장시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 저장용기는, 상기 저장용기 내부의 압력을 측정하기 위한 압력센서를 포함하고,
    상기 압력센서에 의해 측정된 상기 저장용기 내부의 압력에 기초하여 상기 조절유체 유량제어 밸브의 개폐를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 유체 저장시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 고정장치는, 일단이 상기 저장용기에 연결되고, 타단이 해저에 고정된 와이어인 것을 특징으로 하는 고압 유체 저장시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 조절유체는 상기 저장용기가 위치된 주위에 존재하는 물인 것을 특징으로 하는 고압 유체 저장시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 저장유체 입출구는 상기 저장용기의 상부에 마련되고,
    상기 조절유체 입출구는 상기 저장용기의 하부에 마련되는 것을 특징으로 하는 고압 유체 저장시스템.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저장용기 내부의 공간을, 상기 저장유체가 저장되는 제1 공간과 상기 조절유체가 저장되는 제2 공간으로 분리시키는 격벽이 상기 저장용기 내부에 마련된 것을 특징으로 하는 고압 유체 저장시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 격벽은 상기 제1 공간의 부피와 상기 제2 공간의 부피를 변경시키도록 상기 저장용기 내에 이동가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 고압 유체 저장시스템.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 격벽은 상기 제1 공간의 부피와 상기 제2 공간의 부피를 변경시키도록 탄성 변형이 가능한 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 고압 유체 저장시스템.
  11. 고압의 저장유체를 저장하는 고압 유체 저장시스템으로서,
    고압의 저장유체를 유입 또는 유출시키는 저장유체 입출구를 구비하는 저장용기; 및
    상기 고압의 저장유체가 상기 저장용기의 용기벽에 가하는 압력을 수압을 이용하여 상쇄시키도록, 상기 저장용기를 수면 아래의 일정 수심 위치로 이동시켜 유지시키는 이동기구;를 포함하는 고압 유체 저장시스템.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 이동기구는,
    일단이 상기 저장용기에 연결되어 있는 와이어; 및
    상기 와이어를 권출 또는 권취시키도록 수면 아래의 바닥에 고정된 제어윈치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 유체 저장시스템.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 이동기구는, 상기 저장용기에 부착되고 밸러스트 수(水) 유출입구가 마련된 밸러스트 탱크인 것을 특징으로 하는 고압 유체 저장시스템.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 밸러스트 탱크는 상기 저장용기를 둘러싸는 구형상이고, 상기 밸러스트 탱크와 상기 저장용기의 외벽 사이의 공간에 밸러스트 수가 저장되는 것을 특징으로 하는 고압 유체 저장시스템.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 이동기구는, 상기 저장용기에 연결되어 상기 저장용기를 상하방향으로 이동시키는 유압 실린더인 것을 특징으로 하는 고압 유체 저장시스템.
  16. 청구항 11 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동기구는, 상기 저장용기의 상하 방향을 안내하도록, 상하방향으로 연장된 안내레일;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 유체 저장시스템.
  17. 청구항 11 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저장용기는, 상기 저장용기 내부의 압력을 측정하기 위한 압력센서를 포함하고,
    상기 압력센서에 의해 측정된 상기 저장용기 내부의 압력에 기초하여 상기 이동기구를 구동시킴으로써, 상기 저장용기를 수면 아래의 일정 수심 위치로 이동시켜 유지시키는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 유체 저장시스템.
  18. 고압의 저장유체를 저장하는 고압 유체 저장방법으로서,
    저장유체 입출구와, 내부 압력 조절용 조절유체 입출구를 구비하는 저장용기를 수면 아래의 일정 수심에 위치시키는 단계;
    상기 저장유체 입출구를 통하여 저장유체를 유입 또는 유출시키는 단계;
    상기 저장용기 내부의 압력을 측정하는 단계; 및
    상기 저장유체의 유입 또는 유출시, 상기 측정된 압력에 기초하여 상기 조절유체 입출구를 통하여 내부 압력 조절용 조절유체를 유출 또는 유입시켜, 상기 저장용기 내부의 압력을 일정한 상태로 유지시키는 단계;를 포함하는 고압 유체 저장방법.
  19. 고압의 저장유체를 저장하는 고압 유체 저장방법으로서,
    저장유체 입출구를 구비하는 저장용기를 수면 아래의 제1 위치에 위치시키는 단계;
    상기 저장유체 입출구를 통하여 저장유체를 유입 또는 유출시키는 단계;
    상기 저장용기 내부의 압력을 측정하는 단계; 및
    상기 고압의 저장유체가 상기 저장용기의 용기벽에 가하는 압력을 수압을 이용하여 상쇄시키도록, 상기 측정된 압력에 기초하여 상기 저장용기를 수면 아래의 제2 위치로 이동시키는 단계;를 포함하는 고압 유체 저장방법.
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