KR101974259B1 - 지지 구조물을 포함하는 가스 용기 - Google Patents

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Abstract

일 실시 예의 가스 용기는 외부 용기, 상기 외부 용기의 내주면으로부터 이격된 상태로 상기 외부 용기의 내부에 배치되고, 내부에 가스를 수용하는 저장 공간을 포함하는 내부 용기 및 상기 외부 용기의 내주면 및 상기 내부 용기의 외주면 사이에 배치되는 적어도 하나 이상의 지지 구조물을 포함하고, 상기 지지 구조물은, 상기 내부 용기의 외주면에 지지되고, 상기 외부 용기의 내주면으로부터 이격되는 내측 지지체, 상기 외부 용기의 내주면에 지지되고, 상기 내부 용기의 외주면으로부터 이격되는 외측 지지체 및 상기 내측 지지체 및 외측 지지체를 연결하고, 상기 외부 용기의 내주면 및 내부 용기의 외주면 각각으로부터 이격 배치되는 중간 지지체를 포함할 수 있다.

Description

지지 구조물을 포함하는 가스 용기{GAS CONTAINER WITH SUPPORT STRUCTURE}
이하의 설명은 지지 구조물을 포함하는 가스 용기에 관한 것이다.
가스의 보관 및 운반 등을 위하여는 가스 용기가 필요하다. 예를 들어, 가스 중 액화천연가스는 대기압에서 -162 °C 의 비등점을 가지므로 일반적으로 -120 °C 이하의 초저온 상태로 저장된다. 이러한 액화천연가스를 보관하고 차량 등의 연료로 공급하는 용기는 그 내부를 낮은 온도로 유지할 필요가 있다.
일반적인 액화천연가스 용기는 액화가스의 저장공간을 형성하는 내부 용기와, 내부 용기의 외측에 형성된 외부 용기와, 그 사이의 단열을 위해 내부 용기와 외부 용기 사이에 마련되는 단열재와, 내부 용기 및 외부 용기의 한 쪽 끝에서, 충전 배관, 배출 배관, 벤트 배관을 관통시키는 포트어셈블리와, 내부 용기와 외부 용기 사이를 구조적으로 고정시키는 서포트부를 포함한다.
이러한 액화천연가스 용기의 구조적 지지는 내부 용기의 양측에 형성된 포트어셈블리와 서포트부를 통해 이루어진다. 종래 액화천연가스 용기의 서포트부의 구성은, 외부 용기의 내측에 양단이 고정된 서포트플레이트와, 내부 용기로부터 돌출되어 서포트플레이트 중앙의 서포트홀을 관통하는 서포트암으로 이루어져 있으며 이를 통해 외부 용기와 내부 용기 사이의 상대운동을 억제한다.
상기 설명된 액화천연가스 용기의 지지구조는 포트어셈블리의 용접부 및 서포트부의 서포트플레이트와 서포트암의 결합부가 모두 금속으로 이루어져 있기 때문에, 이를 통한 내부로 열전달이 일어나게 된다. 이러한 지지구조를 통한 열전달은 실제 액화천연가스 용기를 통한 열전달의 대부분을 차지하며, 국부적으로 액화가스를 증발시키는 문제점이 있다. 또한, 구조적으로도, 지지구조가 연결된 방향과 외부 용기와 내부 용기 사이에 발생할 수 있는 상대운동의 방향이 종종 달라 서포트부에 국부적으로 많은 응력을 발생시키는 문제점이 있다.
일 실시 예의 목적은 지지 구조물을 포함하는 가스 용기를 제공하는 것에 있다.
일 실시 예에 다른 가스 용기는, 외부 용기; 상기 외부 용기의 내주면으로부터 이격된 상태로 상기 외부 용기의 내부에 배치되고, 내부에 가스를 수용하는 저장 공간을 포함하는 내부 용기; 및 상기 외부 용기의 내주면 및 상기 내부 용기의 외주면 사이에 배치되는 적어도 하나 이상의 지지 구조물을 포함하고, 상기 지지 구조물은, 상기 내부 용기의 외주면에 지지되고, 상기 외부 용기의 내주면으로부터 이격되는 내측 지지체; 상기 외부 용기의 내주면에 지지되고, 상기 내부 용기의 외주면으로부터 이격되는 외측 지지체; 및 상기 내측 지지체 및 외측 지지체를 연결하고, 상기 외부 용기의 내주면 및 내부 용기의 외주면 각각으로부터 이격 배치되는 중간 지지체를 포함할 수 있다.
상기 내측 지지체 및 외측 지지체 중 어느 하나의 지지체는, 상기 내부 용기의 외주면 및 상기 외부 용기의 내주면에 수직한 방향으로 돌출되는 기둥 형상을 갖고, 상기 내측 지지체 및 외측 지지체 중 나머지 하나의 지지체는, 상기 내부 용기의 외주면 및 상기 외부 용기의 내주면에 수직한 방향으로 돌출되고 내부가 비어있는 원통 형상을 갖고, 상기 어느 하나의 지지체의 적어도 일부를 수용할 수 있다.
상기 내측 지지체는, 상기 내부 용기의 외주면으로부터 수직으로 돌출되는 기둥 형상을 가지고, 상기 외측 지지체는, 상기 외부 용기의 내주면으로부터 돌출되고, 내부가 비어있는 원통 형상을 가지며, 상기 내측 지지체의 맞은편에 설치되어, 상기 내부에 상기 내측 지지체의 적어도 일부를 수용할 수 있다.
상기 중간 지지체는, 상기 내측 지지체의 돌출된 말단으로부터 상기 외측 지지체의 돌출된 가장자리의 둘레를 경사지게 연결할 수 있다.
상기 중간 지지체는, 기둥형으로 형성된 상기 내측 지지체의 돌출된 말단으로부터 상기 내측 지지체 또는 외측 지지체의 돌출된 가장자리의 둘레를 경사지게 연결하면서, 적어도 한번 이상 절곡될 수 있다.
일 실시 예의 가스 용기는 상기 외부 용기 및 내부 용기의 상단을 관통하는 포트 어셈블리를 더 포함할 수 있고, 상기 지지 구조물은, 상기 가스 용기의 하단에서, 상기 내부 용기 및 외부 용기 사이에 설치될 수 있다.
상기 지지 구조물은, 상기 가스 용기 측면의 둘레를 따라서, 상기 내부 용기 및 외부 용기 사이에서 일정한 간격으로 복수개로 설치될 수 있다.
상기 지지 구조물은, 폴리머(polymer), 폴리아마이드(polyamide) 및 4불화 에틸렌(polytetrafluoroethylene) 중 적어도 하나 이상의 단열 재질로 형성될 수 있다.
상기 내측 지지체, 외측 지지체 및 중간 지지체가 일체로 형성될 수 있다.
일 실시 예의 가스 용기는 상기 외부 용기 및 내부 용기 사이에 배치되는 단열재를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예의 가스 용기는, 상기 내측 지지체, 외측 지지체 및 중간 지지체가 일체로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 예의 가스 용기는 상기 외부 용기 및 내부 용기 사이에 배치되는 단열재를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예의 가스 용기는 외부 용기; 상기 외부 용기의 내주면으로부터 이격된 상태로 상기 외부 용기의 내부에 배치되고, 내부에 가스를 수용하는 저장 공간을 포함하는 내부 용기; 및 상기 외부 용기의 내주면 및 상기 내부 용기의 외주면 사이에 배치되는 적어도 하나 이상의 지지 구조물을 포함하고,
상기 지지 구조물은, 상기 내부 용기의 외주면으로부터 지지되고, 외부 용기로부터 이격된 내측 지지체; 상기 외부 용기의 내주면으로부터 지지되고, 상기 내부 용기로부터 이격되는 적어도 3 개 이상의 외측 지지체; 및 상기 적어도 3 개 이상의 외측 지지체와 상기 내측 지지체 사이를 연결하는 중간 지지체를 포함할 수 있다.
상기 외측 지지체, 내측 지지체 및 중간 지지체는 일체의 플레이트로 형성될 수 있다.
상기 중간 지지체는 적어도 1 회 이상 절곡된 형상을 가질 수 있다.
상기 지지 구조물은 정면, 측면 및 평면상에서 대칭이고,
상기 지지 구조물의 평면상의 중심에서의 종단면은,
Figure 112017005509584-pat00001
모양이고,
상기 지지 구조물의 평면상의 중심에서의 횡단면은,
Figure 112017005509584-pat00002
모양일 수 있다.
외부 용기와, 상기 외부 용기의 내주면으로부터 이격된 상태로 상기 외부 용기의 내부에 배치되고, 내부에 가스를 수용하는 저장 공간을 포함하는 내부 용기의 사이에 배치되는 지지 구조물을 제조하는 방법에 있어서, 일 실시 예에 따른 지지 구조물을 제조하는 방법은, 하나의 플레이트를 절삭하여, 상기 내부 용기의 외주면을 지지하기 위한 내측 지지체와, 상기 외부 용기의 내주면을 지지하기 위한 적어도 3 개 이상의 외측 지지체와 상기 적어도 3 개 이상의 외측 지지체와 상기 내측 지지체를 연결하는 중간 지지체를 포함하는 적어도 하나 이상의 예비 구조물을 형성하는 절삭 단계; 및 상기 내측 지지체를 가로지르는 가상의 기준선을 기준으로 상기 예비 구조물을 절곡시키는 절곡 단계를 포함할 수 있다.
상기 절삭 단계는, 상기 하나의 플레이트의 중심을 기준으로 상하 및 좌우 각각 대칭하는 형상의 프레스 기구를 이용하여, 서로 대칭적인 형상의 4 개의 외측 지지체와, 1 개의 내측 지지체와, 4 개의 중간 지지체를 포함하는 상기 예비 구조물을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 예비 구조물에 있어서, 상기 4 개의 외측 지지체는 각각 서로 직접적으로 연결되지 않을 수 있다.
일 실시 예의 지지 구조물을 포함하는 가스 용기에 의하면, 가스 용기의 외부 용기 및 내부 용기 사이에, 긴 열전달 경로를 가지고, 낮은 열전도계수를 가진 지지 구조물을 설치하여 용기의 단열성능을 향상시키고 천연가스의 증발을 억제할 수 있다.
통상의 가스 용기에서는 가스가 출입하는 포트어셈블리가 내부 용기를 구조적으로 지지하는 기능까지 갖추도록 두꺼운 금속 재질로 이루어져 있어 막대한 열전달과 가스 증발을 야기하였다. 그러나 본 가스 용기에서는 포트 어셈블리와 지지체를 기능적으로 분리하여 내부 용기로의 열침투 저감을 위한 다양한 재료와 방안을 적용할 수 있고, 용기의 단열성능을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 지지 구조물을 용기의 하단 및 측면에 일정 간격으로 이격하여 배치함으로써, 내부 용기와 외부 용기의 상대운동을 효과적으로 억제하고, 수송 중의 충격을 완화하여 용기의 구조적 안정성을 높일 수 있다.
도 1은, 일 실시 예에 따른 지지 구조물을 포함하는 가스 용기 및 지지 구조물의 단면도이다.
도 2는, 일 실시 예에 따른 지지 구조물을 포함하는 가스 용기 및 지지 구조물의 단면도이다.
도 3는, 일 실시 예에 따른 지지 구조물의 분해 사시도이다.
도 4은, 일 실시 예에 따른 지지 구조물의 단면도이다.
도 5는, 일 실시 예에 따른 중간 지지체의 사시도이다.
도 6a은, 일 실시 예에 따른 지지 구조물의 평면도이다.
도 6b은, 일 실시 예에 따른 지지 구조물의 측면도이다.
도 6c은, 일 실시 예에 따른 지지 구조물의 사시도이다.
도 7은, 일 실시 예에 따른 지지 구조물을 포함하는 가스 용기 및 지지 구조물의 단면도이다.
도 8은, 일 실시 예에 따른 지지 구조물을 포함하는 가스 용기 및 지지 구조물의 단면도이다.
도 9는, 일 실시 예에 따른 지지 구조물의 평면도이다.
도 10은, 일 실시 예에 따른 지지 구조물을 제조하는 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은, 일 실시 예의 지지 구조물을 포함하는 가스 용기 및 지지체의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 지지 구조물(14)을 포함하는 가스 용기(1)는, 가스를 보관하기 위한 용기이며, 예를 들어, 액화천연가스(liquefied natural gas)를 보관하는 용기일 수 도 있다. 예를 들어, 가스 용기(1)는, 외부 용기(12), 내부 용기(13), 외부 용기(12) 및 내부 용기(13) 사이의 내부 공간(16), 내부 공간(16)에 형성되는 단열재, 포트 어셈블리(15) 및 지지 구조물(14)을 포함할 수 있다.
외부 용기(12)는, 지지 구조물(14)을 포함하는 가스 용기(1)의 외면을 형성하며, 상하 방향으로 길게 확장된 원통형 형상을 가질 수 있다.
내부 용기(13)는, 내부에 가스를 보관하는 저장 공간을 포함하고, 외부 용기(12)와 동축을 가진 원통형 형상을 가질 수 있고, 외부 용기(12)의 내부에서 외부 용기(12)의 내주면으로부터 이격되어 배치될 수 있다.
내부 용기(13)가 외부 용기(12) 내에 설치됨으로써, 내부 용기(13) 및 외부 용기(12)사이에서 내부 공간(16)이 형성될 수 있고, 내부 공간(16)은, 내부 용기(13) 및 외부 용기(12)의 축 둘레를 따라서 같은 간격을 가질 수 있다.
또한, 내부 공간(16)에는 내부 용기(13)에 수용된 가스의 단열을 위해서 단열재가 설치될 수 있다. 예를 들어, 단열재는 금속코팅 필름 및 글라스 울(glass wool) 등의 낮은 열전도도를 가진 심재로 구성될 수 있다. 예를 들어, 내부 공간(16)은 진공으로 유지되어, 외부 용기(12) 및 내부 용기(13) 사이의 대류 열전달 및 공기에 의한 열전도를 감소시킬 수 있다.
포트 어셈블리(15)는 가스의 출입을 안내하는 복수개의 포트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1과 같이, 외부 용기(12) 및 내부 용기(13)의 상단을 관통하여 배치될 수 있으며, 외부 용기(12)에 대해서 내부 용기(13)를 지지하는 역할을 수행할 수 도 있다.
포트 어셈블리(15)에는, 포트 어셈블리(15)의 복수개의 포트를 통해서 외부 용기(12) 외부와 내부 용기(13) 내부의 저장 공간을 연결하는 충전 배관, 배출 배관 및 벤트 배관이 설치될 수 있다.
지지 구조물(14)은 내부 공간(16)에 설치될 수 있고, 외부 용기(12) 및 내부 용기(13)사이를 연결하여 외부 용기(12)에 대하여 내부 용기(13)의 상대적인 움직임을 감쇄시키고, 길고 좁은 열 전달 경로를 형성함으로써 열전달을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 지지 구조물(14)은, 내측 지지체(141), 외측 지지체(142) 및 중간 지지체(143)를 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 내측 지지체(141)는, 내부 용기의 외주면으로부터 수직방향으로 돌출된 기둥 형태로 형성되고, 돌출된 말단은 외부 용기(12)로부터 이격되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 기둥 형태는, 원기둥, 삼각기둥 및 사각 기둥 등 다양한 단면의 형태를 가진 기둥으로 형성될 수 있다.
외측 지지체(142)는 외부 용기의 내주면으로부터 내부가 비어있는 원통 형태로 돌출되어 형성되고, 내측 지지체(141)의 맞은편에 형성되며, 내측 지지체(141)와 동축을 가진 형상을 가질 수도 있다.
또한, 외측 지지체(142)의 직경은 내측 지지체(141)의 직경보다 크게 형성될 수 있고, 외측 지지체(141)의 돌출된 말단은 내부 용기(13)에 이격되어 형성될 수 있으며, 외측 지지체(142)는, 내부에 맞은편의 내측 지지체(141)의 적어도 일부를 수용할 수 있다.
중간 지지체(143)는 내측 지지체(141) 및 외측 지지체(142)를 연결하는 요소로, 내측 지지체(141)의 돌출된 일단으로부터, 외측 지지체(142)의 돌출된 가장자리를 연결하고, 이를 덮도록 형성될 수 있다.
내측 지지체(141)의 일부가 외측 지지체(142) 내부에 수용되어 있는 경우, 중간 지지체(143)는 내측 지지체(141)의 돌출된 일단으로부터 외측 지지체(142)의 돌출된 가장자리의 둘레를 연결하도록, 경사지게 형성될 수 있다. 이에 따라, 외측 지지체(142) 및 중간 지지체(143)가 결합된 상태의 측단면은, 도 1과 같이 'M'자 형태일 수 있다.
위와 같은 구조에 의하면, 내부 용기(13) 및 외부 용기(12)에 걸쳐서 내부 공간(16)에 설치되는 지지 구조물(14)은, 내부 용기(13) 및 외부 용기(12)에 접촉하는 부위를 최소화 하면서, 'M'자형의 단면에 따라, 열전달 경로가 상하로 왕복하면서 형성될 수 있고, 또한, 긴 열전달 경로를 가질 수 있음에 따라, 높은 단열 성능을 제공할 수 있다.
또한, 지지 구조물(14)은 외부 용기(12)에 대해서 내부 용기(13)의 상하좌우 병진 운동 및 회전 운동을 억제할 수 있다. 예를 들어, 내측 지지체(141) 및 외측 지지체(142)는 가스 용기(1)의 하중 및 내외부의 압력차이로 인한 압력을 견디기 위해 소재의 압축응력을 고려하여 설계된다.
한편, 가스 용기(1)에는, 앞서 설명한, 일 실시 예에 따른 지지 구조물(14)의 상하의 위상이 뒤집어져서 설치되는 것도 가능할 수 있다. 이는 도 2를 참조하여 후술하기로 한다.
또한, 일 실시 예에 따른 중간 지지체(143)는, 내측 지지체(141) 및 외측 지지체(142)와 일체형으로 제작될 수 있다. 하지만, 다른 실시 예로, 강성이 있는 소재를 이용하여 지지 구조물(34)을 분리형으로 제작하여, 내측 지지체(341), 외측 지지체(342) 및 중간 지지체(343)가 조립되어 설치되는 것 또한 가능하며, 이는 도 3을 참조하여 후술하기로 한다.
지지 구조물(14)은, 도 1과 같이, 내부 공간(16)의 하측에 설치될 수 있고, 중심축에 해당하는 위치에 설치될 수 있으며, 또한, 하나 이상의 지지 구조물(14)이 설치될 수도 있다. 이 경우, 지지 구조물(14)은, 내부 용기(13) 및 외부 용기(12) 사이에서 작용하는 축 방향으로의 하중 및 압력을 지지할 수 있다.
또한, 지지 구조물(14)은, 내부 용기(13) 및 외부 용기(12)의 축의 둘레에 해당하는 내부 공간(16)에서 일정한 간격으로 복수개로 설치될 수 있다. 위와 같은 구조를 통해서, 지지 구조물(14)은 내부 용기(13) 및 외부 용기(12) 사이에서 일어나는 상하좌우 병진 운동 및 회전운동을 억제할 수 있다.
예를 들어 지지 구조물(14)은 가스 용기(1)의 설치방식 및 하중의 크기에 따라서, 단면적의 크기, 재료 및 배치 간격 등이 유연하게 변경될 수 있다.
일 실시 예의 가스 용기(1)의 지지 구조물(14)은 다음의 수학식 1 및 2를 이용하여 설계된다.
Figure 112017005509584-pat00003
Figure 112017005509584-pat00004
수학식 1 및 2에서 P_ext는 외부 용기(12) 및 내부 용기(13) 사이에 발생하는 하중을 나타내고, S는 외부 용기(12) 및 내부 용기(13)의 안전계수를 나타낸다. σ_YS 는 지지 구조물(14)의 항복강도를, E는 지지 구조물(14)의 영률(Young's modulus)을 나타낸다. H는 지지 구조물(14)의 높이를, d는 내측 지지체(141)의 반지름을 나타내며 I는 지지 구조물(14)의 관성모멘트를 나타낸다.
외측 지지체(142)를 설계할 때에는, 수학식 1의 πd2에 해당하는 면적으로 설계 될 수 있으며, 수학식 1에 따르며, 배치 간격에 따라 해당하는 하중을 받치기 위해 지지 구조물(14)의 단면적이 바뀌어야 한다는 것을 알 수 있다.
수학식 2는 지지 구조물(14)의 좌굴을 막기 위해 배치 간격에 따라 해당하는 하중 및 외부 용기(12)와 내부 용기(13) 사이의 간격에 따라 지지 구조물(14)의 단면적의 재질이 바뀔 수 있다는 것을 나타낸다.
지지 구조물의 소재는 재료의 성능지수 및 저온에서의 강도 특성을 고려하여 선정될 수 잇다. 재료의 성능지수는 다음과 같이 수학식 3으로 나타난다.
Figure 112017005509584-pat00005
여기에서 Z는 성능 지수, σ_YS 는 지지 구조물(14) 소재의 항복강도, k는 소재의 열전도계수를 의미한다. 수학식 1에서 지지 구조물(14) 소재의 항복강도가 높을수록 지지 구조물(14)의 단면적을 줄일 수 있음을 알 수 있다.
이에 따라 성능 지수가 클수록 같은 강도에서 낮은 열전도 계수를 가지는 소재이므로 용기의 지지 구조물(14)로서 바람직 할 수 있다.
예를 들어, 지지 구조물(14)은 높은 성능 지수를 지니는 폴리머류를 지지 구조물(14)의 소재로 사용할 수 있고, 보다 상세하게는 저온에서 뛰어난 강도 특성을 가지는 폴리아마이드(Polyamide) 또는 4불화에틸렌 (Polytetrafluoroethylene)을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
기존의 가스 용기에서, 단열재로 감싼 용기의 측면의 단열성능은 우수하나 가스 용기 하단의 서포트부를 통하여 많은 열이 침투된다. 구체적으로는, 스테인레스 스틸 재질의 2 cm 지름의 원통형 봉과 3 mm 두께의 플레이트로 구성된 서포트부의 열저항은 27.3 K/W로서 전체 열손실의 30% 이상을 차지하였다. 상기 지지 구조물(14)을 적용한 가스 용기(1)의 경우 지지 구조물(14)에 의한 열저항은 수학식 4와 같이 나타난다.
Figure 112017005509584-pat00006
부등호는 왕복지지구조에 의한 열저항 증가에 따른 것이며 우변의 값의 2배 가량의 열저항 값을 가진다. 안전계수 3을 적용한 나일론 소재의 지지 구조물(14)을 사용할 경우 지지 구조물(14)에 의한 열저항은 70~150 K/W 정도로 기존 서포트부에서 일어나던 열손실을 1/3 이하로 줄일 수 있다.
도 2는, 일 실시 예에 따른 지지 구조물을 포함하는 가스 용기 및 지지 구조물의 단면도이다
도 2를 참조하면, 가스 용기(1)의 내부 공간(16)에 설치되는 지지 구조물(24)은, 도 1에 도시된, 일 실시 예의 지지 구조물(14)의 상하가 뒤집힌 상태일 수 도 있다.
다시 말해, 외측 지지체(242)는 외부 용기(12)의 내주면으로 돌출되는 기둥 형상을 가질 수 있고, 내측 지지체(241)는 내부 용기(13)의 외주면으로 돌출되는 원통형 형상을 가질 수 있으며, 중간 지지체(243)는 도 1에 도시된, 일 실시 예의 중간 지지체(143)에서 상하가 뒤집어진 상태로, 내측 지지체(241) 및 외측 지지체(242)의 사이를 연결할 수 있다.
또한, 가스 용기(1)의 내부 공간(16)에 지지 구조물(24)의 설치를 수행하면서, 지지 구조물(24)의 상하의 위상을 사용자가 임의로 각각 다르게 설치하는 것도 가능함은 물론이다.
도 3은, 일 실시 예에 따른 지지 구조물의 분해 사시도이다.
도 3을 참조하면, 일 실시 예에 따른 지지 구조물(34)은, 앞서 설명한, 일 실시 예에 따른 지지 구조물(14)과 마찬가지로, 내측 지지체(341), 외측 지지체(342) 및 중간 지지체(343)를 포함할 수 있지만, 각각의 내측 지지체(341), 외측 지지체(342) 및 중간 지지체(343)가 분리형으로 제공될 수 있고, 설치를 수행하면서, 하나의 지지 구조물(34)로 조립될 수 있다.
도 4는, 일 실시 예에 따른 지지 구조물의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 일 실시 예에 따른 지지 구조물(44)에 의하면, 중간 지지체(443)가 내측 지지체(441)의 말단으로부터 외측 지지체(442) 말단의 가장자리를 연결하면서 적어도 대각선 방향으로 적어도 한번 이상 절곡된 형상을 가질 수 있다.
예를 들어, 중간 지지체(443)는 한번뿐만 아니라 여러 차례 절곡된 형상을 가질 수도 있으며, 절곡된 중간 지지체(443)에 의하면, 중간 지지체(443)가 외부 용기(12) 및 내부 용기(13) 사이에서 여러 번 왕복하는 긴 열전달 경로를 가짐으로써, 단열 효과를 더욱 증대시킬 수 있다.
도 5는, 일 실시 예에 따른 중간 지지체의 사시도이다.
도 5를 참조하면, 일 실시 예에 따른 중간 지지체(543)는 스프링 형상을 가질 수 있고, 예를 들어, 스프링 형태의 중간 지지체(543)는 일단은 도 3의 도시된 내측 지지체(341)의 돌출된 말단에 연결될 수 있고, 타단이 외측 지지체(342) 돌출된 가장자리의 둘레에 연결될 수 있다.
스프링 형태의 중간 지지체(543)에 의하면, 중간 지지체(543)는, 복수회 권선된 스프링의 형상을 가지고 있기 때문에, 긴 열 전달 경로를 가질 수 있음에 따라서, 내부 용기(13) 및 외부 용기(12) 사이의 열 전달을 줄일 수 있다.
또한, 중간 지지체(543)는 스프링 형태로 형성됨에 따라서, 내측 지지체(341) 및 외측 지지체(342) 상호간의 진동 및 충격을 완화시킬 수 있기 때문에, 외부 용기(12)로부터 내부 용기(13)를 효과적으로 지지할 수 있다.
도 6a은, 일 실시 예에 따른 지지 구조물의 평면도이고, 도 6b은, 일 실시 예에 따른 지지 구조물의 측면도이고, 도 6c은, 일 실시 예에 따른 지지 구조물의 사시도이다.
도 6a 내지 6c를 참조하면, 일 실시 예에 따른 지지 구조물(64)은, 외측 지지체(642), 내측 지지체(641) 및 중간 지지체(643)를 포함할 수 있고, 예를 들어, 지지 구조물(64)은, 일체의 플레이트로 형성될 수 도 있다.
외측 지지체(642)는, 외부 용기(12)의 내주면으로부터 지지되고, 내부 용기(13)로부터는 이격되는 지지체로서, 적어도 3 개 이상으로 구비될 수 있다.
적어도 3 개 이상의 외측 지지체(642)는, 외부 용기(12)의 내주면으로부터 지지되어 지지 구조물(64)의 안쪽 방향으로 돌출되되 서로간에는 접촉하지 않을 수 있다.
내측 지지체(641)는, 내부 용기(13)의 외주면으로부터 지지되고, 외부 용기(12)의 내주면으로부터 이격되는 지지체로서, 도 6a와 같이, 지지 구조물(64)의 평면상의 중심에 위치할 수 있다.
중간 지지체(643)는, 외측 지지체(642) 및 내측 지지체(641) 사이를 연결하는 지지체로서, 내측 지지체(641)로부터 적어도 3 개 이상의 외측 지지체(642)의 돌출된 부분을 각각 연결할 수 있다.
예를 들면, 도 6a 내지 6c에 도시된, 지지 구조물(64)은, 외측 지지체(642)가 4 개로 구성될 수 있고, 지지 구조물(64)의 측면의 형태는, 도 6b와 같이, 말단의 외측 지지체(642)로부터 중심에 위치한 내측 지지체(641)가 중앙에서 솟아있는 형태를 가질 수 있다.
다시 말하면, 지지 구조물(64)은 측면에서 바라볼 때, 지지 구조물(64)의 중앙 부분이 특정 곡률을 가지며 절곡될 수 있고, 곡률은, 외부 용기(12) 및 내부 용기(13)의 크기 및 사이의 간격에 따라 적절하게 선택될 수 있다.
예를 들어, 지지 구조물(64)은, 도 6a와 같이, 평면상의 중심에 위치한 내측 지지체(641)를 기준으로 상하 및 좌우로 대칭되는 형상을 가질 수 있다. 다시 말하면, 내측 지지체(641)를 가로 및 세로 방향으로 가로지르는 가상의 H-H'선 및 P-P'선을 기준으로, 좌우 및 상하의 형상이 정확히 대칭되는 형상을 가질 수 있다.
위와 같은 형상에 따라서, 외측 지지체(642)는, 지지 구조물(64)의 좌우측의 말단에 해당하고 서로 대칭되는 4 개의 외측 지지체(642a, 642b, 642c, 642d)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 외측 지지체(642)는, 도 6a의 가상의 H-H'선 및 P-P'선을 기준으로 좌측 상단으로부터 반 시계방향으로, 제 1 외측 지지체(642a), 제 2 외측 지지체(642b), 제 3 외측 지지체(642c) 및 제 4 외측 지지체(642d)를 포함할 수 있다.
마찬가지로, 중간 지지체(643)는, 외측 지지체(642)가 4 개로 구비됨에 따라서, 중간 지지체(643) 또한 서로 대칭되는 4 개의 중간 지지체(643a, 643b, 643c, 643d)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 중간 지지체(643)는, 가상의 H-H'선 및 P-P'선을 기준으로 좌측 상단으로부터 반 시계방향으로, 제 1 중간 지지체(643a), 제 2 중간 지지체(643b), 제 3 중간 지지체(643b) 및 제 4 중간 지지체(643d)를 포함할 수 있다.
중간 지지체(643)는, 내측 지지체(641)와 외부 용기(12)로부터 지지되어 돌출된 외측 지지체(642)의 말단의 사이를 연결할 수 있다. 예를 들어, 중간 지지체(643)는, 내측 지지체(641) 및 외측 지지체(642) 사이에서 적어도 1 회 이상 절곡된 형상을 가질 수 있고, 예를 들어, 도 6a 및 6c 와 같이, 둥근 아치형 형상을 가질 수도 있다.
아치형 중간 지지체(643)에 의하면, 지지 구조물(64)은, 내측 지지체(641) 및 외측 지지체(642) 사이에서 긴 열 전달 경로를 가질 있고, 내부 용기(13) 및 외부 용기(12) 사이, 특히 내부 용기(13) 및 외부 용기(12)의 축 길이방향의 하중, 진동 및 충격을 효과적으로 완화시킬 수 있다.
도 7은, 일 실시 예에 따른 지지 구조물을 포함하는 가스 용기 및 지지 구조물의 단면도이고, 도 8은, 일 실시 예에 따른 지지 구조물을 포함하는 가스 용기 및 지지 구조물의 단면도이다.
도 7 및 8을 참조하면, 가스 용기(1)의 내부 공간(16)에는, 도 6a 내지 6b에 도시된 지지 구조물(64)이 설치될 수 있고, 다른 실시 예의 지지 구조물(14)과 같이 설치될 수도 있다.
지지 구조물(64)은, 도 7 및 8과 같이, 내부 공간(16)의 복수개의 구간에서 설치될 수 있고, 도 8과 같이, 외부 용기(12) 및 내부 용기(13)의 둘레를 따라 복수개로 나란히 설치될 수도 있다.
또한, 지지 구조물(64)은, 도 8과 같이, 내부 공간(16)에서 좌우로 굴곡진 형상으로 외부 용기(12) 및 내부 용기(13)의 원주를 둘레를 따라서 설치될 수 있도록, 지지 구조물(64)의 좌우측 말단을 형성하는 외측 지지체(642)가 외부 용기(12)의 내주면의 둘레를 따라 이격된 2 지점 양쪽으로부터 지지될 수 있다.
도 8과 같이 지지 구조물(64)의 좌우의 말단, 즉, 외측 지지체(642)가 외부 용기의 내주면에 지지되고, 지지 구조물(64)의 중앙, 즉, 내측 지지체(641)가 내부 용기(13)의 외주면에 지지되면, 외부 용기(12)로부터 내부 용기(13)를 안정적으로 지지할 수 있다. 구체적으로, 도 8의 구조에 따르면, 외부 용기(12)의 내주면에 지지 구조물(64)의 좌우측 말단에 해당하는 외측 지지체(642)가 지지되기 때문에, 내측 지지체(641)의 수직 항력의 방향이 외부 용기(12) 및 내부 용기(13)의 중심의 방향으로 향하게 됨으로써, 양쪽의 외측 지지체(642)에 작용하는 수직 항력이 중앙에 위치한 내측 지지체(641)를 향하여 작용함으로써, 내부 용기(13)를 안정적으로 지지할 수 있게 된다.
한편, 도 8과 달리 지지 구조물(64)은, 내부 공간(16) 안에서, 외측 지지체(642)가 내부 용기(13)의 외주면에 지지되고, 내측 지지체(641)가, 외부 용기(12)의 내주면에 지지될 수 있도록 위상을 바꿔서 설치하는 것도 가능할 것이다.
위와 같은, 지지 구조물(64)에 의하면, 외부 용기(13)에 대한 내부 용기(12)의 상대적인 축 방향 및 원주 방향의 이동, 회전 및 진동을 효과적으로 완화시킬 수 있으며, 또한, 외부 용기(13) 및 내부 용기(12) 사이의 열 전달을 경감시킬 수 있다.
도 9는, 일 실시 예에 따른 지지 구조물의 평면도이다.
도 9를 참조하면, 일 실시 예에 따른 지지 구조물(74)은, 외측 지지체(742), 내측 지지체(741) 및 중간 지지체(743)를 포함할 수 있다.
지지 구조물(74)은, 도 9와 같이, 3 개의 외측 지지체(742a, 742b, 742c) 및 3 개의 중간 지지체(743a, 743b, 743c)로 형성될 수 있고, 좌우가 비대칭적인 형상으로 형성될 수 있다.
도 10은, 일 실시 예에 따른 지지 구조물을 제조하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 10을 참조하면, 일 실시 예에 따른 지지 구조물을 제조하는 방법은, 절삭 단계(91) 및 절곡 단계(92)를 포함할 수 있다.
절삭 단계(91)는, 하나의 플레이트를 절삭하여, 내부 용기(13)의 외주면을 지지하기 위한 내측 지지체와 외부 용기(12)의 내주면을 지지하기 위한 적어도 3 개 이상의 외측 지지체와 내측 지지체 및 적어도 3 개 이상의 외측 지지체를 연결하는 중간 지지체를 포함하는 예비 구조물을 형성하는 단계 일 수 있고, 여기서, 적어도 3 개 이상의 내측 지지체는, 서로 직접적으로 연결되지 않을 수 있다.
예를 들어, 지지 구조물을 제조하는 방법은, 도 6a 내지 6c 및 도 9에 도시된 지지 구조물(64)을 제조하기 위한 방법일 수 있다.
예를 들어, 절삭 단계(91)는 하나의 플레이트형 부재를 프레스 가공을 통해서 제조하는 단계일 수 있고, 구체적으로, 절삭 단계(91)는, 하나의 플레이트형 부재를 펀칭(punching) 및 블랭킹(blanking) 등을 포함하는 전단 가공을 통해서, 적어도 하나 이상의 예비 구조물을 제조하는 단계일 수 있다.
예를 들어, 도 6a 내지 6c 에 도시된 지지 구조물(64)을 제조하기 위한 절단 단계(91)의 경우, 하나의 플레이트형 부재를 가지고 중심을 기준으로 상하 및 좌우 각각 대칭하는 형상의 4 개의 외측 지지체((642a, 642b, 642c, 642d))와, 1 개의 내측 지지체(641)와, 4 개의 중간 지지체(643a, 643b, 643c, 643d)를 포함하는 적어도 하나 이상의 예비 구조물을 프레스 가공을 통해 제조하는 단계일 수 있다.
절곡 단계(92)는, 절삭 단계(91) 이후 형성된 예비 구조물을 내측 지지체를 가로지르는 가상의 기준선을 기준으로, 절곡 시키는 단계일 수 있다.
예를 들어, 도 6a 내지 6c에 도시된 지지 구조물(64)을 제조하는 경우, 절곡 단계(92)는, 지지 구조물(64)의 중앙 부분인 내측 지지체(641)가 상하 방향으로 굴곡지도록, 예비 구조물을 절곡시킬 수 있다. 다시 말하면, 6a에 도시된 가상의 P-P'선을 기준으로 예비 구조물을 절곡시킴으로써 지지 구조물(64)을 제조할 수 있다.
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시 예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (18)

  1. 삭제
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  12. 원통형 외부 용기;
    상기 외부 용기의 내주면으로부터 이격된 상태로 상기 외부 용기의 내부에 배치되고, 내부에 가스를 수용하는 저장 공간을 포함하는 원통형 내부 용기; 및
    상기 외부 용기의 내주면 및 상기 내부 용기의 외주면 사이에 상기 외부 용기 및 내부 용기의 둘레를 따라 배치되는 적어도 하나 이상의 지지 구조물을 포함하고,
    상기 지지 구조물은,
    상기 지지 구조물의 좌우의 말단을 형성하고, 상기 외부 용기의 내주면의 둘레를 따라 이격된 2 지점으로부터 지지되는 외측 지지체;
    상기 지지 구조물의 중앙을 형성하고 상기 내부 용기의 외주면으로부터 지지되는 내측 지지체; 및
    상기 외측 지지체로부터 상기 내측 지지체를 연결하되 적어도 1 회 이상 절곡된 형상을 갖는 중간 지지체를 포함하는 가스 용기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 외측 지지체, 내측 지지체 및 중간 지지체는 일체의 플레이트로 형성되는 가스 용기.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 원통형 외부 용기와, 상기 외부 용기의 내주면으로부터 이격된 상태로 상기 외부 용기의 내부에 배치되고, 내부에 가스를 수용하는 저장 공간을 포함하는 원통형 내부 용기의 사이에 상기 외부 용기 및 내부 용기의 둘레를 따라 배치되는 지지 구조물의 제조 방법에 있어서,
    하나의 플레이트를 절삭하여, 상기 지지 구조물의 양단을 형성하고 상기 외부 용기의 둘레를 따라 상기 외부 용기의 내주면에 이격된 2 지점을 지지하기 위한 외측 지지체와 상기 지지 구조물의 중앙을 형성하고 상기 내부 용기의 외주면을 지지하기 위한 내측 지지체와 상기 외측 지지체로부터 상기 내측 지지체를 연결하되 적어도 1회 이상 절곡된 형상을 갖는 중간 지지체를 포함하는 예비 구조물을 형성하는 절삭 단계; 및
    상기 내측 지지체를 가로지르는 가상의 기준선을 기준으로 상기 예비 구조물을 절곡시키는 절곡 단계를 포함하는 지지 구조물을 제조하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 절삭 단계는,
    상기 하나의 플레이트의 중심을 기준으로 상하 및 좌우 각각 대칭하는 형상의 프레스 기구를 이용하여, 서로 대칭적인 형상의 4 개의 외측 지지체와, 1 개의 내측 지지체와, 4 개의 중간 지지체를 포함하는 상기 예비 구조물을 형성하는 단계를 포함하는 지지 구조물을 제조하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 예비 구조물에 있어서, 상기 4 개의 외측 지지체는 각각 서로 직접적으로 연결되지 않는 지지 구조물을 제조하는 방법.
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