KR101279151B1 - Vertical cylindrical type hydrogen isotope storage vessels with a heat transfer acceleration mechanism - Google Patents
Vertical cylindrical type hydrogen isotope storage vessels with a heat transfer acceleration mechanism Download PDFInfo
- Publication number
- KR101279151B1 KR101279151B1 KR1020110072529A KR20110072529A KR101279151B1 KR 101279151 B1 KR101279151 B1 KR 101279151B1 KR 1020110072529 A KR1020110072529 A KR 1020110072529A KR 20110072529 A KR20110072529 A KR 20110072529A KR 101279151 B1 KR101279151 B1 KR 101279151B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- hydrogen
- storage container
- helium
- metal powder
- hydrogen storage
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
- G21F5/00—Transportable or portable shielded containers
- G21F5/015—Transportable or portable shielded containers for storing radioactive sources, e.g. source carriers for irradiation units; Radioisotope containers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/005—Separating solid material from the gas/liquid stream
- B01J8/006—Separating solid material from the gas/liquid stream by filtration
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
- G21F5/00—Transportable or portable shielded containers
- G21F5/06—Details of, or accessories to, the containers
- G21F5/10—Heat-removal systems, e.g. using circulating fluid or cooling fins
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
본 발명은 수소 동위원소 저장용기에 관한 것으로, 종래, 수소 동위원소 저장용기에 있어서, 짧은 시간 안에 수소를 금속 파우더에 저장하고 배출하기 위해서는 수소 동위원소 저장용기의 급속 냉각 및 가열이 가능해야 하나, 실제 용기 내부에 있는 금속 파우더의 열전달 특성이 좋지 않음으로 인해, 금속 파우더를 균일한 온도로 가열 및 냉각하기 어려웠던 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에 따르면, 금속 파우더 내에 헬륨 루프와 핀을 설치하여, 금속 파우더 내부까지 열전달을 촉진함으로써 수소 저장용기 표면과 금속 파우더 사이의 온도차를 감소하는 동시에, 금속 파우더의 가열 및 냉각시간을 단축하여 수소의 흡탈장 성능을 향상시킬 수 있는 열전달 촉진형 이중 원통형 수소 동위원소 저장용기가 제공된다. The present invention relates to a hydrogen isotope storage container, conventionally, in a hydrogen isotope storage container, in order to store and discharge hydrogen in the metal powder within a short time, the hydrogen isotope storage container should be rapidly cooled and heated, In order to solve the problem that it is difficult to heat and cool the metal powder to a uniform temperature due to the poor heat transfer characteristics of the metal powder inside the actual container, according to the present invention, by installing helium loops and fins in the metal powder, By promoting heat transfer to the inside of the metal powder, the temperature difference between the surface of the hydrogen storage vessel and the metal powder is reduced, while the heat transfer-promoting double cylindrical hydrogen isotropy can shorten the heating and cooling time of the metal powder to improve the performance of hydrogen absorption and desorption. Elemental storage containers are provided.
Description
본 발명은 수소 동위원소 저장용기에 관한 것으로, 더 상세하게는, 핵융합 반응 연료로 사용되는 삼중수소 및 기타 수소 동위원소를 금속 파우더에 메탈 하이드라이드(metal-hydride) 형태로 저장하는 용기에 관한 것이다.
The present invention relates to a hydrogen isotope storage container, and more particularly, to a container for storing tritium and other hydrogen isotopes used as a fusion reaction fuel in the form of metal hydride in metal powder. .
또한, 본 발명은, 종래의 수소 동위원소 저장용기에 비하여 내부 열전달을 촉진시켜 수소의 흡탈장 성능을 개선하기 위한 방법 및 그러한 방법을 이용한 수소 저장용기에 관한 것이다.
The present invention also relates to a method for promoting internal heat transfer as compared to a conventional hydrogen isotope storage container to improve the absorption and absorption performance of hydrogen, and a hydrogen storage container using such a method.
일반적으로, 핵융합 에너지는 수소 동위원소인 삼중수소와 중수소의 핵융합 반응에 의해 생산되며, 여기서, 핵융합 반응의 원료인 삼중수소는, 방사성 수소 동위원소로서, 그 취급에 있어서 고도의 안전기술이 요구된다.
In general, fusion energy is produced by the fusion reaction between tritium, which is a hydrogen isotope, and deuterium, where tritium, which is a raw material of the fusion reaction, is a radioactive hydrogen isotope, which requires a high degree of safety technology in its handling. .
또한, 핵융합 반응로에서 발생한 헬륨 등의 핵융합 반응 생성물과 미반응 수소 동위원소는, 팔라듐-은 합금 금속막 장치에 의해 헬륨과 순수 수소 동위원소로 분리되며, 분리된 순수 수소 동위원소는 초저온 증류탑에서 경수소, 중수소 및 삼중수소로 분리된다.
In addition, fusion reaction products such as helium and unreacted hydrogen isotopes generated in the fusion reactor are separated into helium and pure hydrogen isotopes by a palladium-silver alloy metal membrane device, and the separated pure hydrogen isotopes are separated in a cryogenic distillation column. It is divided into light hydrogen, deuterium and tritium.
종래, 일반적인 수소 동위원소 저장용기에 있어서, 수소 동위원소는 금속 파우더와 화학적인 반응을 통해 메탈 하이드라이드(metal-hydride)를 형성하여 용기에 저장되며, 이러한 종래의 수소 저장용기는, 수소가 단순히 파우더에 흡수되는 물리적인 방법에 비해 단위 체적당 많은 양의 수소를 저장할 수 있는 장점이 있다.
Conventionally, in a conventional hydrogen isotope storage container, the hydrogen isotope is stored in the container by forming a metal hydride through a chemical reaction with the metal powder, and such a conventional hydrogen storage container, hydrogen is simply Compared to the physical method absorbed by the powder, there is an advantage that can store a large amount of hydrogen per unit volume.
여기서, 수소가 금속 파우더와 반응하여 메탈 하이드라이드를 형성하는 반응을 "수소 흡장"이라 하며, 이러한 수소 흡장 반응은, 열을 발산하는 발열반응이다.
Here, a reaction in which hydrogen reacts with the metal powder to form a metal hydride is referred to as "hydrogen occlusion", and this hydrogen occlusion reaction is an exothermic reaction that dissipates heat.
반면, 메탈 하이드라이드가 수소와 금속 파우더로 분리되는 반응은 열을 흡수하는 흡열반응이며, 이를 "수소 탈장"이라 한다.
On the other hand, the reaction in which the metal hydride is separated into hydrogen and metal powder is an endothermic reaction that absorbs heat, which is called "hydrogen hernia".
따라서 수소를 흡장할 때에는 용기를 냉각해 주고, 수소를 탈장할 때에는 용기를 가열해 주어야 수소의 흡탈장 반응속도를 향상시킬 수 있다.
Therefore, when the hydrogen is occluded, the vessel is cooled and when the hydrogen is degassed, the vessel must be heated to improve the reaction rate of hydrogen adsorption and desorption.
또한, 이러한 수소 동위원소 저장용기에 대한 종래기술의 예로서, 예를 들면, 본 발명의 발명자 등에 의해 출원된 공개특허공보 제10-2011-0028761호(2011년03월22일 공개)에 개시된 "삼중수소의 저장과 계량 및 급속이송용 장치 및 이를 이용한 삼중수소의 저장과 계량 및 급속이송 방법"이 있다.
Further, as an example of the prior art for such a hydrogen isotope storage container, for example, disclosed in Japanese Patent Application Laid-open No. 10-2011-0028761 filed by the inventor of the present invention and the like (published on March 22, 2011) Tritium storage and metering and rapid transfer device, and tritium storage, metering and rapid transfer method using the same.
더 상세하게는, 상기한 공개특허공보 제10-2011-0028761호는, 종래의 삼중수소 저장용기는 수소 저장금속을 사용하여 삼중수소화금속 형태인 고체상으로 삼중수소를 고정화한 후, 이를 용기에 담고 이 용기에 가열선을 설치하는 구조로 제작되어, 삼중수소의 고정화 저장은 가능하나, 삼중수소를 빠른 속도로 흡장 저장하거나 빠른 속도로 탈장 공급할 수 없어, 다수의 삼중수소 용기를 채용함에 따라 삼중수소 재고 증가가 불가피해지므로 경제성 및 안전성에 문제가 있었고, 또한, 비교적 빠른 흡탈장이 가능한 종래 삼중수소 용기도 내부 구조가 복잡해 안전성과 경제성이 저감되었던 문제점들을 해결하기 위한 것이다.
More specifically, Patent Publication No. 10-2011-0028761 discloses that the conventional tritium storage container is fixed with tritium in a solid phase in the form of tritium metal using hydrogen storage metal, and then placed in a container. It is manufactured by installing heating wire in this container, and it is possible to immobilize and store tritium, but it is impossible to store and store tritium at high speed or supply hernia at high speed. The increase in inventory is inevitable, there is a problem in economics and safety, and also to solve the problems that the conventional tritium container capable of relatively quick absorption and removal is complicated internal structure and reduced safety and economics.
이를 위해, 상기한 공개특허공보 제10-2011-0028761호는, 외장 하우징, 외장 하우징의 내부에 위치되되 평판과 평판 상에 분말형태로 구비되는 수소저장금속, 평판 하부에 브레이징(brazing)되어 구비되는 히터선을 포함하는 내장 하우징, 외장 하우징과 내장 하우징을 관통하는 관 형상으로 이루어지되 외부의 삼중수소를 내장 하우징으로 유입시키는 삼중수소 유입관, 외장 하우징과 내장 하우징을 관통하는 관 형상으로 이루어지되 내장 하우징 내의 삼중수소를 공급처로 배출시키는 삼중수소 배출관, 외장 하우징과 내장 하우징 사이에 형성되어 열을 차단하고 삼중수소의 누출을 방지하는 열차폐판 및 외장 하우징과 내장 하우징을 관통하는 루프로 이루어지되 내장 하우징 내의 삼중수소를 계량하기 위해 순환기체가 내부로 유출입되며 순환되는 순환기체루프를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼중수소의 저장과 계량 및 급속이송용 장치를 개시하고 있다.
To this end, the above-mentioned Patent Publication No. 10-2011-0028761 is located in the outer housing, the outer housing, but the hydrogen storage metal which is provided in powder form on the plate and the plate, the brazing is provided on the bottom It is made of a tubular shape penetrating the inner housing including the heater wire, the outer housing and the inner housing, but the tritium inlet pipe for introducing external tritium into the inner housing, the tubular shape penetrating the outer housing and the inner housing It is composed of a tritium discharge pipe for discharging tritium in the inner housing to a supply source, a heat shield plate formed between the outer housing and the inner housing to block heat and preventing the tritium from leaking, and a loop through the inner housing and the inner housing. Circulator gas is flowed in and out to circulate the tritium in the housing It discloses a tritium storage and metering and rapid songyong the apparatus comprises a loop.
따라서 상기한 바와 같은 공개특허공보 제10-2011-0028761호의 삼중수소의 저장과 계량 및 급속이송용 장치의 구성에 따르면, 삼중수소가 내장 하우징 내에서 수소저장금속에 흡장되어 형성된 삼중수소화 금속에 저장되고, 순환기체에 의해 삼중수소화금속 내의 삼중수소가 계량되며, 히터선을 이용한 가열에 의해 삼중수소화 금속 내의 삼중수소가 탈장되어 공급처로 급속 이송된다.
Therefore, according to the structure of the tritium storage, metering, and rapid transfer of the Patent Publication No. 10-2011-0028761 as described above, the tritium is stored in the tritiated metal formed by being occluded in the hydrogen storage metal in the interior housing The tritium in the tritiated metal is metered by the circulating gas, and the tritium in the tritiated metal is desorbed by the heating using a heater wire and rapidly transferred to the supply source.
또한, 종래의 수소 동위원소 저장용기의 다른 예로서, 예를 들면, 본 발명의 발명자 등에 의해 2010년 01월 29일자로 출원된 한국 특허출원 제10-2010-0008562호의 "삼중수소의 재고 계량과 회수 저장 및 공급을 위한 핵융합반응용 일체형 삼중수소 용기"가 있다.
In addition, as another example of a conventional hydrogen isotope storage container, for example, "the inventory measurement of tritium and the like" of Korean Patent Application No. 10-2010-0008562 filed January 29, 2010 by the inventor of the present invention and the like Integrated tritium vessels for fusion reactions for recovery storage and supply.
더 상세하게는, 상기한 특허출원 제10-2010-0008562호의 "삼중수소의 재고 계량과 회수 저장 및 공급을 위한 핵융합반응용 일체형 삼중수소 용기"는, 외부용기, 외부용기의 내부에 위치되는 내부용기, 내부용기의 내부에 위치되고 제 1 원통관과 제 1 원통관의 내부에 위치되는 제 2 원통관으로 이루어지는 환형 원통관, 내부용기와 제 1 원통관 사이 및 제 1 원통관과 제 2 원통관 사이에 형성된 환형 공간에 구비되는 분말형태의 수소저장금속, 제 1 원통관과 제 2 원통관에 브레이징(brazing)되어 구비되는 히터선, 외부용기와 내부용기를 관통하는 관 형상으로 이루어지고 외부의 삼중수소를 상기 환형 공간으로 유입시키는 삼중수소 유입관, 외부용기와 내부용기를 관통하는 관 형상으로 이루어지고 상기 환형 공간 내의 삼중수소를 공급처로 배출시키는 삼중수소 배출관, 외부용기와 내부용기 사이에 형성되어 열을 차단하고 삼중수소의 누출을 방지하는 열차폐판 및 외부용기와 내부용기를 관통하는 루프로 이루어지고, 환형 공간 내의 삼중수소를 계량하기 위해 순환기체가 내부로 유출입되며 순환되는 순환기체루프를 포함하여 구성된다.
More specifically, the "integrated tritium container for nuclear fusion reaction for inventory measurement and recovery storage and supply of tritium" of the above-mentioned patent application No. 10-2010-0008562, the outer container, the inner located inside the outer container An annular cylindrical tube consisting of a second cylindrical tube positioned inside the vessel and the inner container and positioned inside the first cylindrical tube and the first cylindrical tube, between the inner vessel and the first cylindrical tube, and between the first cylindrical tube and the second circle Hydrogen storage metal in the form of powder provided in the annular space formed between the clearance, the heater wire is brazed (brazing) provided in the first cylinder and the second cylindrical tube, made of a tubular shape penetrating the outer container and the inner container and the outside Tritium inlet pipe for introducing tritium into the annular space, consisting of a tubular shape penetrating through the outer container and the inner container and triple water for discharging the tritium in the annular space to the source It consists of a small discharge pipe, a heat shield plate formed between the outer container and the inner container to block heat, and prevention of tritium leakage, and a loop through the outer container and the inner container, and a circulating gas to measure the tritium in the annular space. Is configured to include a circulating gas loop that flows in and out.
또한, 상기한 환형 원통관은, 제 2 원통관 내부에 외경의 길이가 서로 다른 복수의 원통관이 환형으로 배치되어 원통관 사이에 수소저장금속이 구비되는 복수의 환형 공간이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
The annular cylindrical tube may further include a plurality of annular spaces in which a plurality of cylindrical tubes having different outer diameters are disposed in an annular shape in the second cylindrical tube, the hydrogen storing metal being provided between the cylindrical tubes. It is done.
따라서 상기한 특허출원 제10-2010-0008562호에 따르면, 상기한 바와 같은 구성에 의해, 수소저장금속이 환형 공간 내에 얇게 펼쳐져 넓은 반응면적을 제공하므로, 종래에 비하여 삼중수소 유입관을 통해 유입되는 삼중수소의 빠른 흡장 및 탈장이 가능한 핵융합반응용 일체형 삼중수소 용기를 제공할 수 있다.
Therefore, according to the patent application No. 10-2010-0008562, by the configuration as described above, since the hydrogen storage metal is spread thinly in the annular space to provide a wide reaction area, it is introduced through the tritium inlet pipe compared with the prior art It is possible to provide an integrated tritium container for fusion reactions capable of rapid occlusion and deaeration of tritium.
상기한 바와 같이, 종래부터 삼중수소와 같은 수소 동위원소의 저장용기에 대한 연구개발이 꾸준히 이루어져 왔다.
As described above, the research and development for the storage container of hydrogen isotopes such as tritium has been made in the past.
그러나 수소 동위원소의 저장용기에 있어서, 수소가 저장되는 금속 파우더는, 전도 열전도도가 매우 낮기 때문에, 용기 표면을 가열 및 냉각할 때 용기 표면과 실제 금속 파우더 간에 온도차가 발생하게 된다.
However, in a storage container for hydrogen isotopes, since the metal powder in which hydrogen is stored has a very low conductive thermal conductivity, a temperature difference occurs between the container surface and the actual metal powder when the container surface is heated and cooled.
따라서 이러한 문제를 해결하기 위해서는, 금속 파우더 내부까지 열전달을 촉진시켜 파우더 내부의 온도 불균일 현상을 최소로 하여 수소가 금속 파우더 내부로 고르게 흡탈장 되도록 하는 것이 요구된다.
Therefore, in order to solve this problem, it is required to promote heat transfer to the inside of the metal powder to minimize the temperature unevenness inside the powder so that hydrogen is evenly desorbed into the metal powder.
즉, 상기한 바와 같이, 흡탈장 속도를 향상시키기 위해서는, 수소를 흡장할 때에는 용기를 냉각해 주고 수소를 탈장할 때에는 용기를 가열해 주어야 하며, 이때, 짧은 시간 안에 수소를 금속 파우더에 저장하고 배출하기 위해서는, 급속 냉각 및 가열이 가능해야 한다.
That is, as described above, in order to improve the speed of the desorbing and desorbing, the container should be cooled when occluding hydrogen and the container should be heated when degassing hydrogen, in which hydrogen is stored in the metal powder and discharged within a short time. In order to do this, rapid cooling and heating must be possible.
또한, 이에 더하여, 수소 저장용기를 급속 가열 및 냉각할 때 주로 용기를 가열 및 냉각하지만, 실제 용기 내부에 있는 금속 파우더는 열전달 특성이 좋지 않으므로, 금속 파우더를 균일한 온도로 가열 및 냉각하기가 어려운 문제를 해결하여야 한다.
In addition, when the hydrogen storage vessel is rapidly heated and cooled, the vessel is mainly heated and cooled, but since the metal powder inside the vessel has poor heat transfer characteristics, it is difficult to heat and cool the metal powder to a uniform temperature. The problem must be solved.
즉, 상기한 바와 같이, 흡탈장 속도를 향상시키기 위해서는, 수소를 흡장할 때에는 용기를 냉각해 주고 수소를 탈장할 때에는 용기를 가열해 주는 동시에, 수소가 저장되는 금속 파우더 내부의 온도 불균일 현상을 해소하여 수소가 금속 파우더 내부로 고르게 흡탈장 되도록 하는 것이 요구되나, 아직까지 그러한 요구를 모두 만족시키는 장치나 방법은 제공되지 못하고 있는 실정이다.
That is, as described above, in order to improve the speed of desorbing, the container is cooled when occluding hydrogen, the container is heated when degassing hydrogen, and the temperature unevenness inside the metal powder in which hydrogen is stored is eliminated. Therefore, it is required to allow the hydrogen to be evenly desorbed into the metal powder, but there is no device or method that satisfies all such requirements.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하고자 하는 것으로, 따라서 본 발명의 목적은, 수소가 저장되는 금속 파우더의 전도 열전도도가 매우 낮아 용기 표면을 가열 및 냉각할 때 용기 표면과 실제 금속 파우더 간에 온도차가 발생하는 종래의 수소 동위원소 저장용기의 문제점을 해결하여, 금속 파우더 내부까지 열전달을 촉진시켜 흡탈장 속도를 향상시키는 수소 동위원소 저장용기를 제공하고자 하는 것이다.
The present invention seeks to solve the problems of the prior art as described above, and therefore an object of the present invention is that the conduction thermal conductivity of the metal powder in which hydrogen is stored is very low so as to heat and cool the surface of the container and the actual metal. It is to provide a hydrogen isotope storage container to solve the problem of the conventional hydrogen isotope storage container in which the temperature difference between the powders, promote heat transfer to the inside of the metal powder to improve the absorption and desorbing rate.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 금속 파우더 내부의 온도 불균일 현상을 최소로 하여 수소가 금속 파우더 내부로 고르게 흡탈장 되도록 하는 수소 동위원소 저장용기를 제공하고자 하는 것이다.
In addition, another object of the present invention is to provide a hydrogen isotope storage container in which hydrogen is evenly absorbed and desorbed into the metal powder by minimizing temperature unevenness in the metal powder.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 실린더형으로 형성되는(cylinder type) 진공용기(vacuum chamber)와, 상기 진공용기 내부에 2중의 실린더형으로 형성되고, 내측과 외측 실린더 사이에 외부로부터 수소를 공급받아 수소 동위원소를 흡장 및 탈장하기 위한 금속 파우더를 저장하는 수소 저장용기(hydrogen storage vessel)와, 상기 수소 저장용기의 가열을 위해 상기 수소 저장용기의 외주면에 설치되는 케이블 히터(cable heater)와, 상기 진공용기와 상기 수소 저장용기 사이에 설치되어 상기 수소 저장용기의 가열시 복사 열전달에 의한 열손실을 방지하는 적어도 하나 이상의 복사열 차폐판(thermal shields)과, 상기 수소 저장용기의 냉각을 위해 상기 진공용기 내부에 헬륨가스를 유입하는 헬륨가스 유입관(helium inlet)과, 상기 헬륨가스 유입관을 통해 유입되어 상기 진공용기 내부를 순환한 헬륨가스를 상기 진공용기 외부로 배출하는 헬륨가스 배출관(helium outlet)과, 상기 진공용기와 상기 수소저장용기의 상부 플랜지를 통하여 상기 수소저장용기의 내측과 외측 실린더 사이에 삽입되어 상기 수소 동위원소의 흡장을 위한 수소가스를 공급하는 수소가스 유입관(hydrogen inlet)과, 상기 진공용기와 상기 수소저장용기의 상부 플랜지를 통하여 상기 수소저장용기의 내측과 외측 실린더 사이에 삽입되어 상기 수소 동위원소의 탈장 후의 상기 수소가스를 배출하는 수소가스 배출관(hydrogen outlet) 및 상기 수소 저장용기의 내측과 외측 실린더 사이의 상기 금속 파우더 내에 설치되어 상기 금속 파우더를 직접 가열 및 냉각하는 헬륨 루프(helium loop)를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 동위원소 저장용기가 제공된다.
In order to achieve the object as described above, according to the present invention, a vacuum chamber (cylinder type) formed in a cylindrical type, and formed in a double cylindrical shape inside the vacuum chamber, between the inner and outer cylinders Hydrogen storage vessel for storing metal powder for receiving and desorbing hydrogen isotopes by receiving hydrogen from the outside, and a cable heater installed on the outer circumferential surface of the hydrogen storage container for heating the hydrogen storage container (cable heater), at least one thermal shields installed between the vacuum vessel and the hydrogen storage vessel to prevent heat loss due to radiant heat transfer during heating of the hydrogen storage vessel, and the hydrogen storage vessel Helium gas inlet pipe (helium inlet) for introducing helium gas into the vacuum vessel for cooling of the helium gas inlet tube Inner and outer cylinders of the hydrogen storage vessel through a helium gas outlet pipe for introducing helium gas introduced into the vacuum vessel to the outside of the vacuum vessel, and an upper flange of the vacuum vessel and the hydrogen storage vessel. A hydrogen inlet pipe inserted between the hydrogen inlets for supplying hydrogen gas for occlusion of the hydrogen isotope, and between the inner and outer cylinders of the hydrogen storage container through the vacuum vessel and the upper flange of the hydrogen storage container. A hydrogen gas outlet inserted into and discharged from the hydrogen gas outlet after discharging the hydrogen isotope and installed in the metal powder between the inner and outer cylinders of the hydrogen storage container to directly heat and cool the metal powder. Hydrogen isotope storage container comprising a helium loop (helium loop) It is.
여기서, 상기 수소 저장용기는, 상기 금속파우더와 상기 내측 실린더 사이에 원통형으로 설치되어 상기 금속 파우더의 누출을 방지하는 필터부를 포함하고, 상기 필터부는, 상기 수소 저장용기의 하부에 위치되는 수소유입구(H2 inlet) 필터와, 상기 수소유입구 필터의 상단에 연결되는 수소배출구(H2 outlet) 필터로 구성되며, 상기 수소유입구 필터와 상기 수소배출구 필터 및 상기 수소 저장용기는, 각각의 리브(welding rib)를 통하여 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
Here, the hydrogen storage container, the cylindrical portion is installed between the metal powder and the inner cylinder to prevent the leakage of the metal powder, the filter unit, the hydrogen inlet (located below the hydrogen storage container ( H 2 inlet filter and a hydrogen outlet filter (H 2 outlet) connected to the upper end of the hydrogen inlet filter, the hydrogen inlet filter, the hydrogen outlet filter and the hydrogen storage container, each of the rib (welding rib It is characterized in that connected to each other through).
또한, 상기 금속파우더 및 상기 수소가스 유입관은, 상기 수소 저장용기의 외측 실린더와 상기 필터부 사이의 공간에 설치되고, 상기 금속 파우더의 하부에서 수소를 배출하기 위해 상기 수소 저장용기의 바닥면에 근접하는 길이로 형성되며, 상기 수소가스 배출관은, 상기 필터부와 상기 수소 저장용기의 내측 실린더 사이의 공간에 설치되고, 상기 수소 저장용기의 상부에서 수소를 배출하도록 상기 수소 저장용기의 상면에 근접하는 길이로 형성되는 것을 특징으로 한다.
In addition, the metal powder and the hydrogen gas inlet pipe, which is installed in the space between the outer cylinder of the hydrogen storage container and the filter unit, to the bottom surface of the hydrogen storage container to discharge hydrogen from the lower portion of the metal powder The hydrogen gas discharge pipe is formed to have a length close to each other, and is installed in a space between the filter unit and the inner cylinder of the hydrogen storage container, and closes to an upper surface of the hydrogen storage container to discharge hydrogen from the upper portion of the hydrogen storage container. Characterized in that formed to a length to.
아울러, 상기 수소유입구 필터와 상기 수소저장용기를 연결하는 리브는, 수소가 원활히 통과할 수 있도록 원주방향으로 다수의 통기공이 상기 금속 파우더 분말보다 작은 크기로 형성됨으로써, 가스를 한쪽 방향으로만 흘려주면서 상기 금속 파우더를 플러싱(flushing) 할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
In addition, the rib connecting the hydrogen inlet filter and the hydrogen storage container has a plurality of vents formed in a circumferential direction smaller than the metal powder powder so that hydrogen can pass smoothly, so that the gas flows in only one direction. It is characterized in that configured to be able to flush (flushing) the metal powder.
더욱이, 상기 수소 저장용기는, 상기 수소배출구 필터의 면적이 상기 수소유입구 필터의 면적보다 크게 형성됨으로써, 수소의 배출이 촉진되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
Further, the hydrogen storage container is characterized in that the area of the hydrogen outlet filter is formed larger than the area of the hydrogen inlet filter, so that the discharge of hydrogen is promoted.
또한, 상기 헬륨 루프는, 구리 튜브를 동일한 간격으로 상하로 포밍하여 형성되는 다수의 직선부 및 포밍부와, 상기 헬륨 루프와 상기 금속 파우더 간의 열전달을 향상시키기 위해 상기 튜브에 설치되는 다수의 핀(fin)을 포함하며, 상기 핀은, 상기 금속 파우더가 수소 흡장시 상기 금속 파우더의 팽창에 의한 압력 상승을 방지하기 위해 형성된 다수의 구멍을 포함하고, 상기 헬륨 루프를 통한 열전달을 최소로 하기 위해 각각의 상기 핀 사이에 간격을 두어 설치되는 것을 특징으로 한다.
The helium loop may include a plurality of straight portions and a forming portion formed by forming a copper tube up and down at equal intervals, and a plurality of fins installed in the tube to improve heat transfer between the helium loop and the metal powder. fins, wherein the fins comprise a plurality of holes formed to prevent pressure rise due to expansion of the metal powder when the metal powder is hydrogen occluded, each to minimize heat transfer through the helium loop. It is characterized by being spaced apart between the pins.
여기서, 상기 핀과 상기 헬륨 루프는, 상기 핀과 상기 헬륨 루프 사이의 접촉 열저항을 최소로 하기 위해 브레이징(brazing)으로 접합되는 것을 특징으로 한다.
Here, the fin and the helium loop is characterized in that the brazing is bonded to minimize the contact thermal resistance between the fin and the helium loop.
또한, 상기 핀은, 구리판을 링 형태로 가공한 후, 원주 방향으로 다수의 구멍을 뚫어 상기 헬륨 루프와 상기 금속 파우더가 통과할 수 있는 구멍을 형성하는 과정과, 상기 헬륨 루프와 상기 금속 파우더가 통과할 수 있는 구멍이 형성된 상기 구리판을 다수 개 적층하여 일정한 간격으로 절단한 후, 구리 튜브에 끼워 넣는 과정과, 절단된 상기 구리판이 삽입된 상기 구리 튜브를 구부려서 가공하는 과정과, 구부려진 상기 구리 튜브를 전기로에 넣어 상기 핀과 상기 헬륨 루프를 한꺼번에 브레이징 하여 접합하는 과정을 통하여 제조되는 것을 한다.
In addition, the fin, after processing the copper plate in the form of a ring, a plurality of holes in the circumferential direction to form a hole through which the helium loop and the metal powder can pass, and the helium loop and the metal powder Laminating a plurality of the copper plates having a hole therethrough and cutting them at regular intervals, inserting them into a copper tube, bending and processing the copper tube into which the cut copper plates are inserted, and bending the copper The tube is put into an electric furnace to be manufactured through a process of brazing the pin and the helium loop at once.
아울러, 상기 진공용기는, 가열된 헬륨 가스의 외부 열손실을 최소로 하기 위해 상기 헬륨 유입관의 진공 단열이 가능하도록 그 내부에 상기 헬륨 루프의 상기 헬륨 유입관이 삽입되는 이중관 튜브와, 고온의 헬륨 가스를 상기 금속 파우더 내부로 보내어 상기 금속 파우더를 직접 가열하기 위해 상기 헬륨 루프의 헬륨 유입관(helium inlet)에 설치되는 히터(heater)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
In addition, the vacuum vessel is a double tube tube in which the helium inlet tube of the helium loop is inserted therein to enable vacuum insulation of the helium inlet tube to minimize external heat loss of the heated helium gas, And a heater installed in the helium inlet of the helium loop to directly send the helium gas to the metal powder to directly heat the metal powder.
더욱이, 상기 케이블 히터는, 상기 수소 저장용기와 상기 케이블 히터 간의 접촉 열저항을 최소로 하기 위해, 상기 수소 저장용기 표면에 홈을 내어 브레이징(brazing)에 의해 설치되는 것을 특징으로 한다.
Further, the cable heater is characterized in that it is installed by brazing by grooves on the surface of the hydrogen storage container in order to minimize the contact thermal resistance between the hydrogen storage container and the cable heater.
또한, 상기 수소 동위원소 저장용기는, 상기 진공용기의 헬륨가스 유입관 및 헬륨가스 배출관을 통하여 상온의 헬륨 가스를 순환시켜 상기 수소 저장용기를 냉각하기 위한 펌프 및 방열기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
The hydrogen isotope storage container may further include a pump and a radiator for circulating helium gas at room temperature through the helium gas inlet pipe and the helium gas discharge pipe of the vacuum container to cool the hydrogen storage container. .
아울러, 상기 수소 동위원소 저장용기는, 상기 헬륨가스 유입관을 통해 유입되어 상기 진공용기 내부를 순환하는 상기 헬륨가스 이외에, 냉각매체로서 아르곤, 질소, 이산화탄소를 포함하는 기체, 또는, 물을 포함하는 액체 냉각재를 사용하는 것을 특징으로 한다.
In addition, the hydrogen isotope storage container, in addition to the helium gas flowing through the helium gas inlet pipe to circulate inside the vacuum vessel, a gas containing argon, nitrogen, carbon dioxide, or water as a cooling medium, or water. It is characterized by using a liquid coolant.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 종래의 수소 동위원소 저장용기에 비하여 수소가 저장되는 금속 파우더 내부의 온도를 균일하게 하여 금속 파우더의 활용률을 최대로 할 수 있는 열전달 촉진형 이중 원통형 수소 동위원소 저장용기를 제공할 수 있다.
As described above, according to the present invention, a heat transfer-promoting double cylindrical hydrogen isotope capable of maximizing the utilization rate of the metal powder by making the temperature inside the metal powder in which hydrogen is stored uniformly compared to the conventional hydrogen isotope storage container. Storage containers may be provided.
또한, 본 발명에 따르면, 불필요한 공간을 최소로 하는 구조이므로, 종래의 수소 동위원소 저장용기에 비하여 저장된 수소의 흡탈장 속도 및 수소 이용률을 향상시킬 수 있는 열전달 촉진형 이중 원통형 수소 동위원소 저장용기를 제공할 수 있다.
In addition, according to the present invention, since the structure to minimize the unnecessary space, heat transfer promoting dual cylindrical hydrogen isotope storage container that can improve the absorption and desorption rate and hydrogen utilization rate of stored hydrogen as compared to the conventional hydrogen isotope storage container. Can provide.
아울러, 본 발명에 따르면, 헬륨 루프를 통해 금속 파우더를 직접 가열 및 냉각하는 것이 가능하므로, 종래의 수소 동위원소 저장용기에 비하여 수소의 흡장 및 탈장 속도를 보다 빠르게 개선할 수 있는 열전달 촉진형 이중 원통형 수소 동위원소 저장용기를 제공할 수 있다.
In addition, according to the present invention, since it is possible to directly heat and cool the metal powder through the helium loop, heat transfer-promoting double cylindrical that can improve the fastening and desorption rate of hydrogen faster than the conventional hydrogen isotope storage container Hydrogen isotope storage containers may be provided.
도 1은 본 발명에 따른 열전달 촉진형 이중 원통형 수소 동위원소 저장용기의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 나타낸 본 발명에 따른 열전달 촉진형 이중 원통형 수소 동위원소 저장용기의 내부 구성을 확대하여 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 나타낸 본 발명에 따른 열전달 촉진형 이중 원통형 수소 동위원소 저장용기의 헬륨 루프의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3에 나타낸 헬륨 루프 핀의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 헬륨 루프의 흐름도이다.
도 6은 도 1에 나타낸 본 발명에 따른 열전달 촉진형 이중 원통형 수소 동위원소 저장용기의 이중관 히터의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 열전달 촉진형 이중 원통형 수소 동위원소 저장용기를 이용한 경우의 가열 소요시간을 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따른 열전달 촉진형 이중 원통형 수소 동위원소 저장용기를 이용한 경우의 냉각 소요시간을 나타내는 그래프이다. 1 is a view schematically showing the overall configuration of a heat transfer promoting dual cylindrical hydrogen isotope storage container according to the present invention.
Figure 2 is an enlarged view showing the internal configuration of the heat transfer promoting double cylindrical hydrogen isotope storage container according to the present invention shown in FIG.
3 is a view schematically showing the structure of the helium loop of the heat transfer promoting double cylindrical hydrogen isotope storage container according to the present invention shown in FIG.
4 is a view for explaining a method of manufacturing the helium loop fin shown in FIG.
5 is a flow chart of a helium loop.
FIG. 6 is a view schematically showing a structure of a double tube heater of a heat transfer promoting double cylindrical hydrogen isotope storage container according to the present invention shown in FIG. 1.
Figure 7 is a graph showing the heating time in the case of using the heat transfer promoting dual cylindrical hydrogen isotope storage container according to the present invention.
8 is a graph showing the cooling time required in the case of using the heat transfer-promoting double cylindrical hydrogen isotope storage container according to the present invention.
이하, 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 열전달 촉진형 이중 원통형 수소 동위원소 저장용기의 상세한 내용에 대하여 설명한다.
Hereinafter, the details of the heat transfer promoting double cylindrical hydrogen isotope storage container according to the present invention as described above will be described.
여기서, 이하에 설명하는 내용은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예일 뿐이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시예의 내용으로만 한정되는 것은 아니라는 사실에 유념해야 한다.
Hereinafter, it is to be noted that the following description is only an embodiment for carrying out the present invention, and the present invention is not limited to the contents of the embodiments described below.
즉, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 수소 동위원소 저장용기는, 원통형의 진공용기와 그 내부의 수소 저장용기로 구성되고, 수소 저장용기는, 내부 및 외부의 헬륨 루프를 통해 금속 파우더를 직접 가열 및 냉각하기 위해, 열전달 향상 및 냉각/가열 시간 단축을 위한 얇은 원통형 구조로서, 수소의 불감부피(dead volume)를 최소로 하는 이중 원통형 구조를 가진다.
That is, the present invention, as will be described later, the hydrogen isotope storage container according to an embodiment of the present invention is composed of a cylindrical vacuum container and a hydrogen storage container therein, the hydrogen storage container, helium inside and outside In order to directly heat and cool the metal powder through the loop, it is a thin cylindrical structure for improving heat transfer and shortening the cooling / heating time, and has a double cylindrical structure with a minimum dead volume of hydrogen.
또한, 수소 저장용기의 표면에는 케이블 히터(cable heater)를 설치하여 용기의 가열에 사용하고, 이때, 용기와 케이블 히터 간의 접촉 열저항을 최소로 하기 위해 수소 저장용기 표면에 홈을 내어 브레이징(brazing) 한다.
In addition, a cable heater is installed on the surface of the hydrogen storage container to be used for heating the container, and at this time, a groove is formed on the surface of the hydrogen storage container to minimize contact thermal resistance between the container and the cable heater. ) do.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 수소 동위원소 저장용기는, 수소 저장용기와 진공용기 사이에 다수의 복사열 차폐판(radiation shield)을 설치하여 대류 및 복사 열전달에 의한 열손실을 최소로 한다.
Here, the hydrogen isotope storage container according to the embodiment of the present invention, by installing a plurality of radiation shields (radiation shield) between the hydrogen storage container and the vacuum vessel to minimize the heat loss due to convection and radiant heat transfer.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 수소 동위원소 저장용기는, 외부로부터 진공용기, 수소 저장용기를 거쳐 금속 파우더 내부로 수소가 유출입할 수 있는 수소가스 유입관 및 수소가스 배출관을 설치하고, 금속 파우더가 외부로 누출되지 않도록 각 관의 입출구에 필터를 각각 배치하며, 여기서, 수소가스의 유출입 구조는, 한 방향으로 가스를 흘려주면서 금속 파우더의 플러싱(flushing)이 가능하도록, 수소가 하부로부터 유입되어 상부로 나가는 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.
In addition, the hydrogen isotope storage container according to an embodiment of the present invention, the hydrogen gas inlet pipe and hydrogen gas discharge pipe through which the hydrogen can flow in and out of the metal powder through the vacuum container, the hydrogen storage container from the outside, the metal powder Filters are disposed at the inlet and outlet of each tube so that the gas does not leak to the outside, where the hydrogen gas flows in and out of the structure so that hydrogen flows from the lower part so that the metal powder can be flushed while flowing the gas in one direction. It is characterized by having a structure going out to the top.
아울러, 본 발명의 실시예에 따른 수소 동위원소 저장용기는, 진공용기의 내부 공간에 상온의 헬륨 가스가 순환할 수 있도록 펌프와 방열기를 포함한 폐루프를 구성하여 수소 저장용기의 냉각이 필요한 경우 용기의 외면을 냉각하는 동시에, 외부로부터 진공용기, 수소 저장용기를 거쳐 금속 파우더 속으로 헬륨이 순환할 수 있도록 헬륨루프를 구성하고, 상온의 헬륨 가스가 수소 저장용기 내부에 설치된 헬륨 루프를 따라 순환하도록 하여 수소 저장용기 내부의 금속 파우더를 직접 냉각함으로써, 냉각 성능을 개선한다.
In addition, the hydrogen isotope storage container according to the embodiment of the present invention, by forming a closed loop including a pump and a radiator to circulate the helium gas at room temperature in the inner space of the vacuum container when the cooling of the hydrogen storage container is required The helium loop is configured to circulate the outer surface of the chamber, and helium can circulate from the outside to the metal powder through the vacuum vessel and the hydrogen storage vessel. By directly cooling the metal powder inside the hydrogen reservoir, the cooling performance is improved.
더욱이, 본 발명의 실시예에 따른 수소 동위원소 저장용기는, 헬륨 루프의 유입관에 전기 히터를 설치하여 뜨거운 헬륨 가스를 금속 파우더 내부로 흘려주어 금속 파우더를 직접 가열하여 가열 성능을 개선하며, 이때, 헬륨 루프의 유입관을 진공단열이 가능한 이중관 형태로 형성하고 그 내부에 전기 히터를 설치하여 가열된 헬륨 가스의 외부 열손실을 최소로 한다.
Furthermore, the hydrogen isotope storage container according to the embodiment of the present invention, by installing an electric heater in the inlet pipe of the helium loop flows hot helium gas into the metal powder to directly heat the metal powder to improve the heating performance, at this time In addition, the inlet tube of the helium loop is formed in the form of a double tube capable of vacuum insulation, and an electric heater is installed therein to minimize external heat loss of the heated helium gas.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 수소 동위원소 저장용기는, 수소 저장용기 자체만 가열하고 냉각하는 것이 아니라, 수소 저장용기 내부의 금속 파우더를 순환하는 헬륨 루프를 설치하여 금속 파우더를 직접 가열 및 냉각할 수 있는 수단으로 사용함으로써 가열 및 냉각성능을 개선하는 것을 특징으로 한다.
That is, the hydrogen isotope storage container according to the embodiment of the present invention, not only heating and cooling the hydrogen storage container itself, but also installing a helium loop circulating the metal powder inside the hydrogen storage container to directly heat and cool the metal powder. It is characterized by improving the heating and cooling performance by using as a means capable of.
여기서, 헬륨 루프에는, 금속 파우더의 낮은 열전도도에 의한 금속 파우더 내부온도 불균일 현상을 극복하기 위하여 다수의 핀(Fin)을 설치하며, 헬륨루프 및 헬륨루프에 설치된 핀은 금속 파우더와 열전달이 용이하도록, 바람직하게는, 구리로 제작한다.
Here, the helium loop, a plurality of fins are installed to overcome the metal powder internal temperature unevenness due to the low thermal conductivity of the metal powder, the helium loop and the fins installed on the helium loop to facilitate the metal powder and heat transfer. Preferably, it is made of copper.
또한, 외부로부터 진공용기, 수소 저장용기를 거쳐 설치되는 수소가스 유출입관과 헬륨루프의 헬륨 유출입관의 재질은, 바람직하게는, 스테인리스 스틸로 형성하여, 수소 저장용기를 진공용기 상부에 지지하기에 충분한 강도를 가지면서 전도에 의한 열손실을 최소로 한다.
In addition, the material of the hydrogen gas inlet pipe and the helium inlet pipe of the helium loop, which are installed through the vacuum container and the hydrogen storage container from the outside, is preferably made of stainless steel to support the hydrogen storage container on the upper part of the vacuum container. It has sufficient strength and minimizes heat loss due to conduction.
따라서 본 발명에 따르면, 종래의 수소 동위원소 저장용기는 수소가 저장되는 금속 파우더의 전도 열전도도가 매우 낮아 용기 표면을 가열 및 냉각할 때 용기 표면과 실제 금속 파우더 간에 온도차가 발생하였던 문제점을 해결하여, 금속 파우더 내부까지 열전달을 촉진시켜 흡탈장 속도를 향상시키는 동시에, 금속 파우더 내부의 온도 불균일 현상을 최소로 하여 수소가 금속 파우더 내부로 고르게 흡탈장 되도록 하는 수소 동위원소 저장용기를 제공할 수 있다.
Therefore, according to the present invention, the conventional hydrogen isotope storage container has a very low conduction thermal conductivity of the metal powder in which hydrogen is stored to solve the problem that a temperature difference occurs between the surface of the container and the actual metal powder when heating and cooling the container surface. In addition, it is possible to provide a hydrogen isotope storage container that promotes heat transfer to the inside of the metal powder to improve the speed of the adsorption and desorption while at the same time minimizing the temperature unevenness inside the metal powder so that hydrogen is evenly desorbed into the metal powder.
또한, 본 발명에 따르면, 종래의 수소 동위원소 저장용기에 비하여, 수소가 저장되는 금속 파우더 내부의 온도를 균일하게 하여 금속 파우더의 활용률을 최대로 할 수 있는 동시에, 불필요한 공간을 최소화하여 저장된 수소의 흡탈장 속도 및 수소 이용률을 향상시킬 수 있으며, 아울러, 헬륨 루프를 통해 금속 파우더를 직접 가열 및 냉각하는 것이 가능하여 수소의 흡장 및 탈장 속도를 보다 빠르게 개선할 수 있다.
In addition, according to the present invention, compared to the conventional hydrogen isotope storage container, it is possible to maximize the utilization rate of the metal powder by uniformizing the temperature inside the metal powder in which hydrogen is stored, and at the same time minimize the unnecessary space of the stored hydrogen It is possible to improve the desorption rate and the hydrogen utilization rate, and, in addition, it is possible to directly heat and cool the metal powder through the helium loop to improve the occlusion and desorption rate of hydrogen more quickly.
이하, 도면을 참조하여, 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 열전달 촉진형 이중 원통형 수소 동위원소 저장용기의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, with reference to the drawings, an embodiment of a heat transfer promoting dual cylindrical hydrogen isotope storage container according to the present invention as described above will be described in detail.
먼저, 도 1을 참조하면, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열전달 촉진형 이중 원통형 수소 동위원소 저장용기의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내고 있다.
First, referring to Figure 1, Figure 1 schematically shows the overall configuration of the heat transfer promoting dual cylindrical hydrogen isotope storage container according to an embodiment of the present invention.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 열전달 촉진형 이중 원통형 수소 동위원소 저장용기(10)는, 이중 원통형이며, 전체 구조의 단면도는 도 1에 나타낸 바와 같다.
That is, the heat transfer promoting type dual cylindrical hydrogen
즉, 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 열전달 촉진형 이중 원통형 수소 동위원소 저장용기(10)는, 그 외측부터 차례로, 진공용기(vacuum chamber)(11), 복사열 차폐판(thermal shields)(12), 케이블 히터(cable heater)(13), 수소 저장용기(hydrogen storage vessel)(14), 헬륨가스 유입관(helium inlet)(15), 헬륨가스 배출관(helium outlet)(16), 수소가스 유입관(hydrogen inlet)(17), 수소가스 배출관(hydrogen outlet)(18) 및 후술하는 바와 같이 하여 금속 파우더를 직접 가열 및 냉각하기 위한 헬륨 루프(helium loop)를 포함하여 구성된다.
That is, as shown in Figure 1, the heat transfer promoting double cylindrical hydrogen
여기서, 진공용기(11)는 원통형으로 형성되어 외부와의 단열 및 진공을 유지하기 위한 것이고, 수소 저장용기(14)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 진공용기(11) 내부에 2중의 실린더형으로 형성되고, 내측과 외측 실린더 사이에 외부로부터 수소를 공급받아 수소 동위원소를 흡장 및 탈장하기 위한 금속 파우더를 저장하고 있다.
Here, the
또한, 진공용기(11)와 수소 저장용기(14) 사이에는, 다수의 복사열 차폐판(12)을 설치하여 케이블 히터(13)에 의한 수소 저장용기(14)의 가열시 복사 열전달에 의한 열손실을 최소로 한다.
In addition, between the
여기서, 케이블 히터(13)는, 수소 저장용기(14)와 케이블 히터(13) 사이의 접촉 열저항을 최소로 하기 위해, 수소 저장용기(14)의 표면에 홈을 내어 브레이징(brazing)에 의해 설치할 수 있다.
Here, the
아울러, 진공용기(11)와 수소 저장용기(14) 사이는 진공으로 유지되며, 수소 저장용기(14)는, 도시하지는 않았으나, 진공용기(11) 상부에 형성된 플랜지를 통하여 헬륨 및 수소가스 유출입관(16, 17, 18)에 의해 진공용기(11)의 상부에 지지된다.
In addition, between the
따라서 상기한 바와 같은 구성을 통하여, 수소 저장용기(14)의 외주면에 설치된 케이블 히터(13)에 의해 수소 저장용기(14)의 가열이 이루어지고, 헬륨가스 유입관(15) 및 헬륨가스 배출관(16)을 통하여 상온의 헬륨가스를 순환시킴으로써 수소 저장용기(14)의 냉각이 이루어진다.
Therefore, through the above-described configuration, the
더 상세하게는, 상기한 헬륨의 유출입 구조는, 도시하지는 않았으나, 진공용기(11)의 헬륨가스 유입관(15) 및 헬륨가스 배출관(16)을 통하여 상온의 헬륨 가스를 순환시켜 수소 저장용기(14)를 냉각하기 위한 펌프 및 방열기를 더 포함하여, 도 1에 나타낸 바와 같이, 진공용기(11) 하부에서 헬륨이 유입되고, 진공용기(11) 상부로 헬륨이 배출되도록 구성함으로써, 상온의 헬륨 가스는 고온으로 가열되어 배출되고, 수소 저장용기는 냉각되게 된다.
More specifically, although not shown, the flow-in and out structure of the helium is exemplified by storing the hydrogen storage container by circulating helium gas at room temperature through the helium
여기서, 헬륨가스 유입관(15)을 통해 유입되어 진공용기(11) 내부를 순환하는 냉각매체는, 상기한 헬륨가스 이외에, 아르곤, 질소, 이산화탄소와 같은 기체나, 또는, 물과 같은 액체 냉각재를 사용할 수도 있다.
Here, the cooling medium flowing through the helium
다음으로, 도 2를 참조하여, 수소 저장용기(14)의 상세한 구성 및 그러한 수소 저장용기(14)를 이용한 수소 동위원소의 흡장 및 탈장과정에 대하여 상세히 설명한다.
Next, with reference to FIG. 2, the detailed structure of the
도 2를 참조하면, 도 2는, 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 열전달 촉진형 이중 원통형 수소 동위원소 저장용기(10)의 수소 저장용기(14)의 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
2, FIG. 2 is an enlarged view of a portion of the
즉, 도 2에 나타낸 바와 같이, 수소 저장용기(14)는, 금속파우더(21)와, 수소 저장용기(14)의 하부에 위치되고 금속파우더(21)와 내측 실린더 사이에 설치되어 금속 파우더(21)의 누출을 방지하는 수소유입구(H2 inlet) 필터(22) 및 수소유입구 필터(22)의 상단에 연결되는 수소배출구(H2 outlet) 필터(25)와, 상기한 수소유입구 필터(22), 수소배출구 필터(25), 수소 저장용기(14)를 각각 연결하기 위해 스테인리스 스틸로 형성되는 리브(welding rib)(23)를 포함하여 구성되어 있다.
That is, as shown in FIG. 2, the
여기서, 상기한 필터(22, 25)의 형상은 원통형(cylinder type)으로 형성되고, 금속 파우더 분말이 통과할 수 없도록 기공 사이즈(pore size)를 충분히 작게 형성한다.
Here, the shape of the filter (22, 25) is formed in a cylindrical (cylinder type), the pore size (pore size) is formed sufficiently small so that the metal powder powder can not pass.
또한, 상기한 필터(22, 25)의 재질은, 강도와 부식성을 고려하여, 바람직하게는, 스테인리스 스틸로 제작하며, 아울러, 메탈 하이드라이드의 탈장 특성을 고려하여 빠른 시간 내에 수소를 배출할 수 있도록, 출구 쪽 필터의 면적을 입구 쪽 필터의 면적보다 크게 형성한다.
In addition, the materials of the
아울러, 도 2에 나타낸 바와 같이, 수소가스 유입관(17)은, 수소 저장용기(14)의 바닥면까지 내려가도록 길게 형성하여 금속 파우더(metal powder)(21)의 아랫면에서 수소를 배출한다.
In addition, as shown in FIG. 2, the hydrogen
또한, 이를 위해, 도 2에 나타낸 바와 같이, 수소유입구(H2 inlet) 필터(22)의 아랫부분에 설치된 리브(23)에는, 원주방향으로 다수의 통기공(holes)(24)을 형성하여 수소가 원활히 통과할 수 있도록 한다.
Also, for this purpose, as shown in FIG. 2, a plurality of
즉, 상기한 바와 같은 구성을 통하여, 수소가스 유입관(17)을 통해 유입된 수소는, 수소유입구 필터(22)를 통하여 금속 파우더(21)로 흡장되고, 흡장된 수소는 수소배출구(H2 outlet) 필터(25)를 통해 탈장된 후 수소가스 배출관(18)을 통해 배출된다.
That is, through the above-described configuration, the hydrogen introduced through the hydrogen
따라서 상기한 바와 같이, 수소의 입구 쪽과 출구 쪽에 각각 필터를 분리하여 설치함으로써, 추후, 가스를 한쪽 방향으로만 흘려주면서 금속 파우더를 플러싱(flushing) 하는 것이 가능하게 된다.
Therefore, as described above, by separately separating the filters at the inlet and outlet sides of the hydrogen, it is possible to later flush the metal powder while flowing the gas in only one direction.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 열전달 촉진형 이중 원통형 수소 동위원소 저장용기(10)는, 상기한 바와 같이 하여 수소 저장용기(14)의 외벽을 가열 및 냉각하는 데 더하여, 수소 저장용기(14) 내부의 금속 파우더를 직접 가열 및 냉각하는 헬륨 루프를 통하여 수소 동위원소의 흡장 및 탈장성능을 개선한다.
In addition, the heat transfer promoting double cylindrical hydrogen
계속해서, 도 3을 참조하여, 수소 저장용기(14) 내부의 금속 파우더를 직접 가열 및 냉각하는 헬륨 루프의 구조에 대하여 상세하게 설명한다.
Subsequently, with reference to FIG. 3, the structure of the helium loop which directly heats and cools the metal powder in the
즉, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 도 3a 및 도 3b는 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 열전달 촉진형 이중 원통형 수소 동위원소 저장용기의 헬륨 루프의 구조를 나타내는 도면이다.
That is, referring to Figures 3a and 3b, Figures 3a and 3b is a view showing the structure of the helium loop of the heat transfer promoting dual cylindrical hydrogen isotope storage container according to an embodiment of the present invention as described above.
더 상세하게는, 도 3a 및 도 3b에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 열전달 촉진형 이중 원통형 수소 동위원소 저장용기의 헬륨 루프(31)는, 바람직하게는, 열전달 특성을 고려하여 구리 튜브를 이용하여 제작한다.
More specifically, as shown in Figures 3a and 3b, the
즉, 헬륨 루프(31)는, 도 3a 및 도 3b에 나타낸 바와 같이, 구리 튜브를 동일한 간격으로 상하로 포밍하여 형성되는 다수의 직선부 및 포밍부를 포함하는 일종의 지그재그형 곡선 구조를 가지며, 또한, 헬륨 루프(31)와 금속 파우더(21) 사이의 열전달을 향상시키기 위하여, 바람직하게는, 구리로 형성되고, 상기 튜브에 삽입되는 다수의 핀(fin)(32)을 포함하여 구성되어 있다.
That is, the
여기서, 헬륨 루프(31)는, 헬륨 루프(31)를 통한 열전달을 최소로 하기 위해, 도 3a 및 도 3b에 나타낸 바와 같이, 헬륨 루프(31)와 헬륨 루프(31) 사이가 핀(32)으로 연결되지 않도록, 일정 간격을 두어 핀(32)과 핀(32) 사이가 이격되도록 제작한다.
Here, the
아울러, 상기한 핀(32)에는, 수소 흡장시 금속 파우더의 팽창에 의한 압력이 발생하지 않도록 다수의 구멍이 형성되어 있으며, 또한, 핀(32)과 헬륨 루프(31) 사이의 접촉 열저항을 최소로 하기 위해, 핀(32)과 헬륨 루프(31)는 브레이징(brazing)으로 접합한다.
In addition, a plurality of holes are formed in the
계속해서, 도 4를 참조하여, 도 3에 나타낸 상기한 바와 같은 헬륨 루프(31)의 핀(32)을 제조하는 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
Subsequently, with reference to FIG. 4, the method of manufacturing the
즉, 도 4를 참조하면, 도 4는 도 3에 나타낸 상기한 바와 같은 헬륨 루프(31)의 핀(32)을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
That is, referring to FIG. 4, FIG. 4 is a view for explaining a method of manufacturing the
더 상세하게는, 도 4a에 나타낸 바와 같이, 먼저, 구리판을 링 형태로 가공한 후, 원주 방향으로 다수의 구멍을 뚫어 헬륨 루프와 금속 파우더가 통과할 수 있는 구멍을 가공한다.
More specifically, as shown in Fig. 4A, first, a copper plate is processed into a ring shape, and then, a plurality of holes are drilled in the circumferential direction to process holes through which helium loops and metal powder can pass.
이때, 헬륨 루프가 통과하는 구멍의 크기는, 헬륨 루프를 삽입하였을 때 헐겁지 않도록 적절한 공차를 준다.
At this time, the size of the hole through which the helium loop passes gives an appropriate tolerance so as not to be loose when the helium loop is inserted.
다음으로, 도 4b에 나타낸 바와 같이, 상기한 바와 같이 하여 가공된 링 형태의 구리판을 여러 장 쌓아서 일정한 간격으로 절단한 후, 구리 튜브에 끼워 넣는다.
Next, as shown in FIG. 4B, several sheets of ring-shaped copper plates processed as described above are stacked and cut at regular intervals, and then sandwiched in a copper tube.
계속해서, 필요한 핀의 개수만큼 절단된 구리판을 구리 튜브에 삽입한 후, 구리 튜브를 벤딩하여 도 3에 나타낸 바와 같은 헬륨 루프의 구조로 가공한다.
Subsequently, after inserting the copper plate cut | disconnected by the required number of pins to a copper tube, the copper tube is bent and processed into the structure of a helium loop as shown in FIG.
그 후, 상기한 바와 같이 하여 도 3에 나타낸 바와 같은 형상의 헬륨 루프가 형성되면, 전기로에 넣고 한꺼번에 브레이징 하여 핀과 헬륨 루프를 접합한다.
Thereafter, when a helium loop having a shape as shown in Fig. 3 is formed as described above, it is placed in an electric furnace and brazed at once to join the pin and the helium loop.
여기서, 도 1에 나타낸 전체 구조에는 상기한 바와 같은 헬륨 루프가 표현되어 있지 않으나, 이는, 실제로는 금속 파우더 내에 묻혀 있는 것이며, 헬륨의 유출입관은 수소의 유출입관과 같이 진공용기(11)와 수소 저장용기(14)의 상부 플랜지를 통하여 연결된다.
Here, the helium loop as described above is not represented in the overall structure shown in FIG. 1, but it is actually buried in the metal powder, and the outflow pipe of helium is the
계속해서, 도 5를 참조하면, 도 5는 상기한 바와 같이 금속 파우더를 순환하는 헬륨 루프와, 진공용기를 순환하는 헬륨 루프의 흐름도를 각각 나타내고 있다.
5, FIG. 5 shows a flow chart of the helium loop circulating the metal powder and the helium loop circulating the vacuum container as described above.
즉, 도 5에 나타낸 바와 같이, 수소 동위원소 저장용기(10)를 가열할 때에는, 용기 외벽에 설치된 케이블 히터(13)와 금속 파우더를 통과하는 헬륨가스 가열히터(도 5의 heater)를 동시에 사용한다.
That is, as shown in FIG. 5, when heating the hydrogen
이때, 도 5에 나타낸 헬륨 루프 흐름도에 있어서, 밸브(1, 2, 4, 5)는 닫고, 밸브(3)는 열어서 뜨거운 헬륨 가스가 루프를 지나면서 금속 파우더를 가열하도록 한다.
At this time, in the helium loop flow chart shown in FIG. 5, the
또한, 수소 동위원소 저장용기(10)를 냉각할 때에는, 도 5에 나타낸 헬륨 루프 흐름도에 있어서, 밸브(1, 2, 4, 5)는 열고, 밸브(3)는 닫아서 차가운 헬륨 가스가 금속 파우더에 묻힌 루프와 진공용기 내부 공간을 동시에 순환하면서 수소 저장용기를 냉각하도록 한다.
When the hydrogen
아울러, 도 5에 나타낸 헬륨 루프의 흐름도에 있어서, 히터 부분은, 도 6에 나타낸 바와 같이, 이중관 구조로 제작하여 가열된 헬륨 가스의 외부 열손실을 최소로 한다.
In addition, in the flowchart of the helium loop shown in FIG. 5, as shown in FIG. 6, the heater part minimizes the external heat loss of the helium gas heated and manufactured by the double pipe structure.
즉, 더 상세하게는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 고온의 헬륨 가스를 금속 파우더 내부로 보내어 금속 파우더를 직접 가열하기 위해 헬륨 루프의 헬륨 유입관(helium inlet)에 설치되는 히터(heater)와, 가열된 헬륨 가스의 외부 열손실을 최소로 하기 위해 상기 헬륨 유입관의 진공 단열이 가능하도록 그 내부에 상기 헬륨 유입관이 삽입되는 이중관 튜브를 포함하도록 구성하여, 이러한 이중관 튜브 내부에 히터를 설치하도록 구성할 수 있다.
That is, more specifically, as shown in Figure 6, a heater (heater) installed in the helium inlet (helium inlet) of the helium loop to send the hot helium gas into the metal powder to directly heat the metal powder, To include a double tube tube into which the helium inlet tube is inserted to enable vacuum insulation of the helium inlet tube to minimize external heat loss of the heated helium gas, thereby installing a heater inside the double tube tube. Can be configured.
[ [
실험예Experimental Example
] ]
계속해서, 본 발명자들은, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 열전달 촉진형 이중 원통형 수소 동위원소 저장용기의 성능을 검증하기 위해, 이하와 같이 실험을 행하고 그 결과를 나타내었다.
Subsequently, the present inventors conducted the experiment as follows to verify the performance of the heat transfer promoting type double cylindrical hydrogen isotope storage container according to the present invention configured as described above and showed the results.
즉, 더 상세하게는, 먼저, 본 발명자들은, ZrCo 1.25kg이 충전된 두께 5mm인 스테인리스 스틸로 내경 130mm, 외경 150mm, 높이 240mm인 원통형의 파우더 저장용기를 제작하였다.
That is, in more detail, firstly, the inventors manufactured a cylindrical powder storage container having a diameter of 130 mm, an outer diameter of 150 mm, and a height of 240 mm from stainless steel having a thickness of 5 mm filled with 1.25 kg of ZrCo.
여기서, 헬륨 루프로 흘러가는 유량은 120L/min이고, 진공용기를 순환하는 헬륨의 유량도 120L/min이며, 이때, 유량은 펌프의 성능에 따라 달라질 수 있음은 물론이다.
Here, the flow rate flowing to the helium loop is 120L / min, the flow rate of helium circulating the vacuum vessel is also 120L / min, at this time, the flow rate may of course vary depending on the performance of the pump.
또한, 수소 저장용기 표면에 설치된 케이블 히터의 정격용량은 10kW이며, ZrCo 금속 파우더로 수소를 저장한 실험예는 다음과 같다.
In addition, the rated capacity of the cable heater installed on the surface of the hydrogen storage container is 10kW, the experimental example of storing hydrogen with ZrCo metal powder is as follows.
즉, 탈장할 때에는 350℃(623K) 까지 가열하고, 흡장할 때에는 50℃(323K)까지 냉각한다고 가정할 때, 가열 성능과 냉각 성능은 각각 도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같다.
That is, assuming that heating is performed up to 350 ° C. (623K) when the hernia is removed and cooled to 50 ° C. (323K) when the storage is performed, the heating performance and the cooling performance are as shown in FIGS. 7 and 8, respectively.
1. 가열성능1. Heating performance
먼저, 도 7을 참조하면, 도 7은 가열 소요시간을 나타내는 도면이다.
First, referring to FIG. 7, FIG. 7 is a diagram illustrating a heating time.
즉, 케이블 히터의 용량(10kW)에 의하여 수소 저장용기의 온도가 35℃에서 350℃까지 가열되는데 걸리는 소요시간과, 헬륨 루프 내의 헬륨가스(온도 400℃, 유량 120L/m) 순환에 의한 금속 파우더의 온도가 35℃에서 350℃까지 가열되는데 걸리는 소요시간은 약 10분 정도였다.
That is, the time required for the temperature of the hydrogen storage vessel to be heated from 35 ° C. to 350 ° C. according to the capacity of the cable heater (10 kW) and the metal powder by circulating helium gas (
따라서 본 발명에 따른 헬륨 루프 내 헬륨가스(온도 400℃, 유량 120L/m) 순환가열에 따르면, 수소 저장용기 및 금속 파우더의 가열성능을 증가시켜 수소 동위원소의 탈장성능이 향상되는 것을 알 수 있다.
Therefore, according to the helium gas (
2. 냉각성능 2. Cooling performance
다음으로, 도 8을 참조하면, 도 8은 냉각 소요시간을 나타내는 도면이다.
Next, referring to FIG. 8, FIG. 8 is a diagram showing the cooling time required.
도 8에 나타낸 바와 같이, 2차 용기 헬륨가스(온도 35℃, 유량 120L/m) 순환에 의한 수소 저장용기가 350℃에서 50℃까지 냉각되는데 걸리는 냉각 소요시간과, 헬륨 루프 내 헬륨가스(온도 35℃, 유량 120L/m) 순환에 의한 금속 파우더의 온도가 350℃에서 50℃까지 냉각되는데 걸리는 냉각 소요시간은 8분 미만이었다.
As shown in FIG. 8, the cooling time required for the hydrogen storage vessel to be cooled from 350 ° C. to 50 ° C. by secondary vessel helium gas (temperature 35 ° C., flow rate 120 L / m), and helium gas (temperature) in the helium loop The cooling time required for cooling the temperature of the metal powder by 35 ° C and flow rate 120L / m) circulation from 350 ° C to 50 ° C was less than 8 minutes.
따라서 본 발명에 따르면, 헬륨 루프 내 헬륨가스 순환냉각이 수소 저장용기 및 금속 파우더의 냉각 성능을 증가시켜 수소 동위원소의 흡장성능이 향상됨을 알 수 있다.
Therefore, according to the present invention, it can be seen that the helium gas circulation cooling in the helium loop increases the cooling performance of the hydrogen storage container and the metal powder, thereby improving the occlusion performance of the hydrogen isotope.
이상, 상기한 바와 같이 하여, 본 발명에 따른 열전달 촉진형 이중 원통형 수소 동위원소 저장용기를 구현할 수 있으며, 즉, 본 발명에 따르면, 금속 파우더 내에 헬륨 루프와 핀을 설치하여, 열전달 해석을 통해 수소 저장용기 표면과 금속 파우더 사이의 온도차가 줄어드는 효과가 있으며, 따라서 금속 파우더의 가열 및 냉각시간을 단축할 수 있다.
As described above, the heat transfer-promoting double cylindrical hydrogen isotope storage container according to the present invention can be implemented, that is, according to the present invention, helium loops and fins are installed in the metal powder, and hydrogen is analyzed through heat transfer analysis. There is an effect that the temperature difference between the surface of the reservoir and the metal powder is reduced, thus shortening the heating and cooling time of the metal powder.
또한, 본 발명에 따르면, 금속 파우더 내부까지 열전달을 촉진시켜 수소의 흡탈장 성능을 개선하기 위한 열전달 촉진 메커니즘이 제공됨으로써, 수소 저장용기의 가열 및 냉각이 보다 원활하게 이루어져 수소의 흡탈장 성능을 향상시킬 수 있다.
In addition, according to the present invention, by providing a heat transfer promoting mechanism for promoting heat transfer to the inside of the metal powder to improve the performance of the absorption and absorption of hydrogen, the heating and cooling of the hydrogen storage container more smoothly to improve the absorption and absorption performance of hydrogen You can.
이상, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 열전달 촉진형 이중 원통형 수소 동위원소 저장용기의 상세한 내용에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 기재된 내용으로만 한정되는 것은 아니며, 따라서 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 설계상의 필요 및 기타 다양한 요인에 따라 여러 가지 수정, 변경, 결합 및 대체 등이 가능한 것임은 당연한 일이라 하겠다.
As described above, the details of the heat transfer promoting type dual cylindrical hydrogen isotope storage container according to the present invention have been described through the embodiments of the present invention as described above, but the present invention is not limited to the contents described in the above embodiments. Therefore, it is a matter of course that the present invention can be variously modified, changed, combined and replaced by those skilled in the art according to the design needs and various other factors.
10. 수소 동위원소 저장용기 11. 진공용기
12. 복사열 차폐판 13. 케이블 히터
14. 수소 저장용기 15. 헬륨가스 유입관
16. 헬륨가스 배출관 17. 수소가스 유입관
18. 수소가스 배출관 21. 금속 파우더
22. 수소유입구 필터 23. 리브
24. 통기공 25. 수소배출구 필터
31. 헬륨 루프 32. 핀 10. Hydrogen
12.
14.
16. Helium
18. Hydrogen
22.
24.
31.Helium loop 32.Pin
Claims (12)
상기 진공용기 내부에 2중의 실린더형으로 형성되고, 내측과 외측 실린더 사이에 외부로부터 수소를 공급받아 수소 동위원소를 흡장 및 탈장하기 위한 금속 파우더를 저장하는 수소 저장용기(hydrogen storage vessel);
상기 수소 저장용기의 가열을 위해 상기 수소 저장용기의 외주면에 설치되는 케이블 히터(cable heater);
상기 진공용기와 상기 수소 저장용기 사이에 설치되어 상기 수소 저장용기의 가열시 복사 열전달에 의한 열손실을 방지하는 적어도 하나 이상의 복사열 차폐판(thermal shields);
상기 수소 저장용기의 냉각을 위해 상기 진공용기 내부에 헬륨가스를 유입하는 헬륨가스 유입관(helium inlet);
상기 헬륨가스 유입관을 통해 유입되어 상기 진공용기 내부를 순환한 헬륨가스를 상기 진공용기 외부로 배출하는 헬륨가스 배출관(helium outlet);
상기 진공용기와 상기 수소저장용기의 상부 플랜지를 통하여 상기 수소저장용기의 내측과 외측 실린더 사이에 삽입되어 상기 수소 동위원소의 흡장을 위한 수소가스를 공급하는 수소가스 유입관(hydrogen inlet);
상기 진공용기와 상기 수소저장용기의 상부 플랜지를 통하여 상기 수소저장용기의 내측과 외측 실린더 사이에 삽입되어 상기 수소 동위원소의 탈장 후의 상기 수소가스를 배출하는 수소가스 배출관(hydrogen outlet); 및
상기 수소 저장용기의 내측과 외측 실린더 사이의 상기 금속 파우더 내에 설치되어 상기 금속 파우더를 직접 가열 및 냉각하는 헬륨 루프(helium loop)를 포함하여 구성되고,
상기 수소 저장용기는, 상기 금속파우더와 상기 내측 실린더 사이에 원통형으로 설치되어 상기 금속 파우더의 누출을 방지하는 필터부를 포함하며,
상기 금속파우더 및 상기 수소가스 유입관은, 상기 수소 저장용기의 외측 실린더와 상기 필터부 사이의 공간에 설치되고, 상기 금속 파우더의 하부에서 수소를 배출하기 위해 상기 수소 저장용기의 바닥면에 근접하는 길이로 형성되며,
상기 수소가스 배출관은, 상기 필터부와 상기 수소 저장용기의 내측 실린더 사이의 공간에 설치되고, 상기 수소 저장용기의 상부에서 수소를 배출하도록 상기 수소 저장용기의 상면에 근접하는 길이로 형성되는 것을 특징으로 하는 수소 동위원소 저장용기.
A vacuum chamber (cylinder type) formed in a vacuum chamber;
A hydrogen storage vessel formed in a double cylinder inside the vacuum vessel and storing metal powder for receiving and desorbing hydrogen isotopes by receiving hydrogen from the outside between the inner and outer cylinders;
A cable heater installed on an outer circumferential surface of the hydrogen storage container for heating the hydrogen storage container;
At least one thermal shields installed between the vacuum vessel and the hydrogen storage vessel to prevent heat loss due to radiant heat transfer during heating of the hydrogen storage vessel;
A helium gas inlet tube (helium inlet) for introducing helium gas into the vacuum chamber for cooling the hydrogen storage container;
A helium gas outlet pipe which flows through the helium gas inlet pipe and discharges the helium gas circulated in the vacuum container to the outside of the vacuum container;
A hydrogen gas inlet pipe inserted between the inner and outer cylinders of the hydrogen storage container through the upper flange of the vacuum container and the hydrogen storage container to supply hydrogen gas for occluding the hydrogen isotope;
A hydrogen gas outlet pipe inserted between the inner and outer cylinders of the hydrogen storage container through the upper flange of the vacuum container and the hydrogen storage container to discharge the hydrogen gas after hernia isolating the hydrogen isotope; And
Is installed in the metal powder between the inner and outer cylinder of the hydrogen storage container and comprises a helium loop (helium loop) for directly heating and cooling the metal powder,
The hydrogen storage container includes a filter unit installed in a cylindrical shape between the metal powder and the inner cylinder to prevent leakage of the metal powder,
The metal powder and the hydrogen gas inlet pipe are installed in a space between the outer cylinder of the hydrogen storage container and the filter part, and are adjacent to the bottom surface of the hydrogen storage container to discharge hydrogen from the lower portion of the metal powder. Formed in length,
The hydrogen gas discharge pipe is installed in a space between the filter unit and the inner cylinder of the hydrogen storage container, the hydrogen gas discharge pipe is formed to have a length close to the upper surface of the hydrogen storage container to discharge hydrogen from the upper portion of the hydrogen storage container. Hydrogen isotope storage containers.
상기 필터부는, 상기 수소 저장용기의 하부에 위치되는 수소유입구(H2 inlet) 필터와, 상기 수소유입구 필터의 상단에 연결되는 수소배출구(H2 outlet) 필터로 구성되며,
상기 수소유입구 필터와 상기 수소배출구 필터 및 상기 수소 저장용기는, 각각의 리브(welding rib)를 통하여 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 수소 동위원소 저장용기.
The method of claim 1,
The filter unit includes a hydrogen inlet filter (H 2 inlet) located in the lower portion of the hydrogen storage container, and a hydrogen outlet (H 2 outlet) filter connected to the upper end of the hydrogen inlet filter,
And the hydrogen inlet filter, the hydrogen outlet filter, and the hydrogen storage container are connected to each other through respective ribs.
상기 수소유입구 필터와 상기 수소저장용기를 연결하는 리브는, 수소가 원활히 통과할 수 있도록 원주방향으로 다수의 통기공이 상기 금속 파우더 분말보다 작은 크기로 형성됨으로써, 가스를 한쪽 방향으로만 흘려주면서 상기 금속 파우더를 플러싱(flushing) 할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 수소 동위원소 저장용기.
The method of claim 2,
The rib connecting the hydrogen inlet filter and the hydrogen storage container has a plurality of vent holes formed in a circumferential direction smaller than the metal powder powder so that hydrogen can pass smoothly, thereby flowing the gas in one direction only. Hydrogen isotope storage container, characterized in that configured to flush the metal powder (flushing).
상기 수소배출구 필터의 면적이 상기 수소유입구 필터의 면적보다 크게 형성됨으로써, 수소의 배출이 촉진되도록 구성된 것을 특징으로 하는 수소 동위원소 저장용기.
5. The method of claim 4,
The area of the hydrogen outlet filter is larger than the area of the hydrogen inlet filter, the hydrogen isotope storage container, characterized in that configured to facilitate the discharge of hydrogen.
상기 헬륨 루프는,
구리 튜브를 동일한 간격으로 상하로 포밍하여 형성되는 다수의 직선부 및 포밍부와,
상기 헬륨 루프와 상기 금속 파우더 간의 열전달을 향상시키기 위해 상기 튜브에 설치되는 다수의 핀(fin)을 포함하며,
상기 핀은,
상기 금속 파우더가 수소 흡장시 상기 금속 파우더의 팽창에 의한 압력 상승을 방지하기 위해 형성된 다수의 구멍을 포함하고,
상기 헬륨 루프를 통한 열전달을 최소로 하기 위해 각각의 상기 핀 사이에 간격을 두어 설치되는 것을 특징으로 하는 수소 동위원소 저장용기.
The method of claim 1,
The helium loop,
A plurality of straight portions and a forming portion formed by forming a copper tube up and down at the same interval;
A plurality of fins installed in the tube to improve heat transfer between the helium loop and the metal powder,
The pin,
The metal powder includes a plurality of holes formed to prevent a pressure increase due to expansion of the metal powder upon hydrogen occlusion,
Hydrogen isotope storage container, characterized in that spaced between each of the fins in order to minimize the heat transfer through the helium loop.
상기 핀과 상기 헬륨 루프는, 상기 핀과 상기 헬륨 루프 사이의 접촉 열저항을 최소로 하기 위해 브레이징(brazing)으로 접합되는 것을 특징으로 하는 수소 동위원소 저장용기.
The method according to claim 6,
And the fin and the helium loop are brazed to minimize contact thermal resistance between the fin and the helium loop.
상기 핀은,
구리판을 링 형태로 가공한 후, 원주 방향으로 다수의 구멍을 뚫어 상기 헬륨 루프와 상기 금속 파우더가 통과할 수 있는 구멍을 형성하는 과정과,
상기 헬륨 루프와 상기 금속 파우더가 통과할 수 있는 구멍이 형성된 상기 구리판을 다수 개 적층하여 일정한 간격으로 절단한 후, 구리 튜브에 끼워 넣는 과정과,
절단된 상기 구리판이 삽입된 상기 구리 튜브를 구부려서 가공하는 과정과,
구부려진 상기 구리 튜브를 전기로에 넣어 상기 핀과 상기 헬륨 루프를 한꺼번에 브레이징 하여 접합하는 과정을 통하여 제조되는 것을 특징으로 하는 수소 동위원소 저장용기.
8. The method of claim 7,
The pin,
After processing the copper plate in the form of a ring, forming a hole through which the helium loop and the metal powder can pass through a plurality of holes in the circumferential direction,
Stacking a plurality of the copper plates having holes through which the helium loop and the metal powder can pass, cut at regular intervals, and inserting the copper plates into copper tubes;
Bending and processing the copper tube into which the cut copper plate is inserted;
Hydrogen isotope storage container, characterized in that the copper tube is bent by placing the pin and the helium loop at the same time by bonding the copper tube.
상기 진공용기는,
가열된 헬륨 가스의 외부 열손실을 최소로 하기 위해 상기 헬륨 유입관의 진공 단열이 가능하도록 그 내부에 상기 헬륨 루프의 상기 헬륨 유입관이 삽입되는 이중관 튜브와,
고온의 헬륨 가스를 상기 금속 파우더 내부로 보내어 상기 금속 파우더를 직접 가열하기 위해 상기 헬륨 루프의 헬륨 유입관(helium inlet)에 설치되는 히터(heater)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 동위원소 저장용기.
The method according to claim 6,
In the vacuum container,
A double tube tube into which the helium inlet tube of the helium loop is inserted to enable vacuum insulation of the helium inlet tube to minimize external heat loss of the heated helium gas;
Hydrogen isotope storage vessel further comprises a heater (heater) is installed in the helium inlet (helium inlet) of the helium loop to send a high temperature helium gas inside the metal powder directly .
상기 케이블 히터는, 상기 수소 저장용기와 상기 케이블 히터 간의 접촉 열저항을 최소로 하기 위해, 상기 수소 저장용기 표면에 홈을 내어 브레이징(brazing)에 의해 설치되는 것을 특징으로 하는 수소 동위원소 저장용기.
The method of claim 1,
The cable heater is hydrogen isotope storage container, characterized in that the groove is installed by brazing the grooves on the surface of the hydrogen storage container in order to minimize the contact thermal resistance between the hydrogen storage container and the cable heater.
상기 진공용기의 헬륨가스 유입관 및 헬륨가스 배출관을 통하여 상온의 헬륨 가스를 순환시켜 상기 수소 저장용기를 냉각하기 위한 펌프 및 방열기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 동위원소 저장용기.
The method of claim 1,
And a pump and a radiator for circulating helium gas at room temperature through the helium gas inlet pipe and the helium gas discharge pipe of the vacuum container to cool the hydrogen storage container.
상기 헬륨가스 유입관을 통해 유입되어 상기 진공용기 내부를 순환하는 상기 헬륨가스 이외에, 냉각매체로서 아르곤, 질소, 이산화탄소를 포함하는 기체, 또는, 물을 포함하는 액체 냉각재를 사용하는 것을 특징으로 하는 수소 동위원소 저장용기.
The method of claim 1,
In addition to the helium gas flowing through the helium gas inlet pipe and circulating inside the vacuum vessel, hydrogen, a gas containing argon, nitrogen, carbon dioxide, or a liquid coolant containing water is used as a cooling medium. Isotope storage containers.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110072529A KR101279151B1 (en) | 2011-07-21 | 2011-07-21 | Vertical cylindrical type hydrogen isotope storage vessels with a heat transfer acceleration mechanism |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110072529A KR101279151B1 (en) | 2011-07-21 | 2011-07-21 | Vertical cylindrical type hydrogen isotope storage vessels with a heat transfer acceleration mechanism |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20130011395A KR20130011395A (en) | 2013-01-30 |
| KR101279151B1 true KR101279151B1 (en) | 2013-06-26 |
Family
ID=47840371
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110072529A KR101279151B1 (en) | 2011-07-21 | 2011-07-21 | Vertical cylindrical type hydrogen isotope storage vessels with a heat transfer acceleration mechanism |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101279151B1 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106482451B (en) * | 2016-09-23 | 2022-05-27 | 广东核电合营有限公司 | Vacuum drying and helium filling device for spent fuel storage and transportation container |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62167202A (en) * | 1986-01-21 | 1987-07-23 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Device for recovering, storing, and supplying hydrogen isotope |
| KR20030091623A (en) * | 2002-05-22 | 2003-12-03 | 강경창 | Fusion system and method of the same |
| KR20090114316A (en) * | 2008-04-29 | 2009-11-03 | 주식회사 주명에셋홀딩스 | Storage container of tritium |
| KR20110028761A (en) * | 2009-09-14 | 2011-03-22 | 한국원자력연구원 | Device for storing, measuring and rapid transporting tritium and method of storing, measuring and rapid transporting tritium in using same |
-
2011
- 2011-07-21 KR KR1020110072529A patent/KR101279151B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62167202A (en) * | 1986-01-21 | 1987-07-23 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Device for recovering, storing, and supplying hydrogen isotope |
| KR20030091623A (en) * | 2002-05-22 | 2003-12-03 | 강경창 | Fusion system and method of the same |
| KR20090114316A (en) * | 2008-04-29 | 2009-11-03 | 주식회사 주명에셋홀딩스 | Storage container of tritium |
| KR20110028761A (en) * | 2009-09-14 | 2011-03-22 | 한국원자력연구원 | Device for storing, measuring and rapid transporting tritium and method of storing, measuring and rapid transporting tritium in using same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20130011395A (en) | 2013-01-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100620303B1 (en) | Gas storage tank and its manufacturing method | |
| US4859427A (en) | Active metal bed | |
| JP4705251B2 (en) | MH tank | |
| KR20120134112A (en) | Hydrogen storage unit | |
| KR102430095B1 (en) | Apparatus for storing solid-state hydrogen | |
| US10436516B2 (en) | Thermal cycling device | |
| EP0212886B1 (en) | Heat exchanger using hydrogen storage alloy | |
| Kang et al. | Experimental comparison on heat transfer-enhancing component of metal hydride bed | |
| KR101547957B1 (en) | Non-contacting dust free type tritium storage vessel for nuclear fusion facilities | |
| KR101279151B1 (en) | Vertical cylindrical type hydrogen isotope storage vessels with a heat transfer acceleration mechanism | |
| KR20120117472A (en) | Metal hydride vessels for hydrogen isotope storage with rapid cooling characteristics | |
| KR101046952B1 (en) | Tritium storage and metering and rapid transfer device and tritium storage, metering and rapid transfer method | |
| JP2006282413A (en) | Hydrogen production system | |
| JP6888111B2 (en) | Pressurizing device | |
| CN216212375U (en) | Irradiation device and reactor | |
| US4497775A (en) | Apparatus for storing hydrogen isotopes | |
| CN114636091A (en) | Solid-state hydrogen storage tank of circulation type heat transfer | |
| EP2317204A1 (en) | Hydrogen storage device | |
| JP5061529B2 (en) | High pressure hydrogen storage container | |
| KR101150487B1 (en) | Compact tritium storage vessel for recovering storing and delivering of tritium in nuclear fusion facilities | |
| CA1340259C (en) | Process and apparatus for performing chemical reactions under pressure in a multi-staged reaction zone with intermediate external thermal conditionning | |
| RU77093U1 (en) | CONTAINER FOR HYDROGEN AND ITS ISOTOPES | |
| KR101624727B1 (en) | Non-maintenance type tritium storage vessel for nuclear fusion facility | |
| JP2000249425A (en) | Reaction vessel of alloy for hydrogen storage | |
| JPS62167202A (en) | Device for recovering, storing, and supplying hydrogen isotope |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E90F | Notification of reason for final refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160324 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170329 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180406 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190328 Year of fee payment: 7 |