KR102039577B1 - 액화수소 저장탱크 누출 감지 장치 - Google Patents

액화수소 저장탱크 누출 감지 장치 Download PDF

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Abstract

액화수소 저장탱크 누출 감지 장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 액화수소 저장탱크 누출 감지 장치는 액화수소 저장탱크의 1차 방벽과 2차 방벽 사이 공간인 이너 베리어 스페이스(Inner Barrier Space)에 대한 액화수소의 누출을 감지하는 장치로서, 제 1 전원부; 상기 제 1 전원부에서 전기를 공급받아 제 1 누출 신호를 발생하는 제 1 신호발생부; 및 내부에 수소에 비해 끓는점이 높은 제 1 기체가 수용되는 제 1 스위치 내부 공간이 형성되고, 상기 이너 베리어 스페이스로 누출된 액화가스에 의해 상기 제 1 기체가 액화되면 상기 제 1 전원부에서 상기 제 1 신호발생부로 전기를 인가하는 제 1 스위치를 포함하고, 상기 제 1 스위치는, 상기 제 1 전원부의 플러스 단자 및 마이너스 단자 중 하나와 연결되고, 상기 제 1 스위치 내부 공간의 일면을 제공하는 제 1-1 전도체; 상기 제 1-1 전도체의 일면에 적층되고, 상기 제 1 스위치 내부 공간의 일부인 제 1-1 중공부가 형성된 제 1 부도체; 상기 제 1 전원부의 플러스 단자 및 마이너스 단자 중 나머지와 연결되고, 상기 제 1 부도체의 일면에 적층되고, 상기 제 1 스위치 내부 공간의 일부인 제 1-2 중공부가 형성된 제 1-2 전도체; 및 상기 제 1-2 중공부를 커버하도록 상기 제 1-2 전도체에 적층되고, 상기 제 1 스위치 내부 공간의 타면을 제공하며, 플렉서블한 멤브레인 형태의 제 1 커버 전도체를 포함한다.

Description

액화수소 저장탱크 누출 감지 장치{Appratus and Method for detecting leakage of liquid hydrogen storage tank}
본 발명은 액화수소 저장탱크 누출 감지 장치에 관한 것이다.
액화천연가스 저장탱크는 약 -163℃의 초저온 액화천연가스(Liquefied Natural Gas; LNG)를 저장 또는 운반하기 위한 것으로 액화천연가스를 밀폐하기 위해 2개의 방벽(1차 방벽 및 2차 방벽)을 구비한다.
그리고, 액화천연가스 저장탱크는 1차 방벽 및 2차 방벽 사이와 2차 방벽 및 내부 선체 사이에 낮은 열전도율(Thermal Condu6ctivity)을 갖는 폴리우레탄폼(Polyurethane Foam) 재질의 단열 부재에 플라이우드(Plywood)와 같이 압축강도가 큰 단열 부재 보호판이 결합된 단열 보드를 이용하여 단열층을 형성한다.
종래 액화천연가스 저장탱크의 1차 방벽과 2차 방벽 사이 공간인 이너 베리어 스페이스(Inner Barrier Space)에는 질소가 채워진다. 이너 베리어 스페이스에서의 질소의 압력이 떨어지면 1차 방벽이 손상되었다고 판단하고 후속 조치를 취하였다.
한편, 최근 산업계에서 수소에 대한 수요가 증가하여 수소를 액화하여 운반하는 기술에 대한 개발이 진행되고 있다. 수소는 끓는점이 약 -252.7℃로 천연가스에 비해 훨씬 낮다. 따라서 액화수소 저장탱크의 1차 방벽과 2차 방벽 사이 공간인 이너 베리어 스페이스(Inner Barrier Space)에 질소를 채우면 질소가 액화되어 액화수소 저장탱크의 손상 여부 액화수소의 누출 여부를 감지하기 어려워진다.
이러한 문제를 해결할 수 있는 액화수소 저장탱크의 손상 감지 또는 액화수소의 누출 감지 장치의 개발이 시급한 상황이다.
본 발명의 실시예는, 액화수소 저장탱크의 이너 베리어 스페이스로 액화가스가 누출되었는지 여부를 감지하는 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액화수소 저장탱크의 1차 방벽과 2차 방벽 사이 공간인 이너 베리어 스페이스(Inner Barrier Space)에 대한 액화수소의 누출을 감지하는 장치로서, 제 1 전원부; 상기 제 1 전원부에서 전기를 공급받아 제 1 누출 신호를 발생하는 제 1 신호발생부; 및 내부에 수소에 비해 끓는점이 높은 제 1 기체가 수용되는 제 1 스위치 내부 공간이 형성되고, 상기 이너 베리어 스페이스로 누출된 액화가스에 의해 상기 제 1 기체가 액화되면 상기 제 1 전원부에서 상기 제 1 신호발생부로 전기를 인가하는 제 1 스위치를 포함하고, 상기 제 1 스위치는, 상기 제 1 전원부의 플러스 단자 및 마이너스 단자 중 하나와 연결되고, 상기 제 1 스위치 내부 공간의 일면을 제공하는 제 1-1 전도체; 상기 제 1-1 전도체의 일면에 적층되고, 상기 제 1 스위치 내부 공간의 일부인 제 1-1 중공부가 형성된 제 1 부도체; 상기 제 1 전원부의 플러스 단자 및 마이너스 단자 중 나머지와 연결되고, 상기 제 1 부도체의 일면에 적층되고, 상기 제 1 스위치 내부 공간의 일부인 제 1-2 중공부가 형성된 제 1-2 전도체; 및 상기 제 1-2 중공부를 커버하도록 상기 제 1-2 전도체에 적층되고, 상기 제 1 스위치 내부 공간의 타면을 제공하며, 플렉서블한 멤브레인 형태의 제 1 커버 전도체를 포함하는, 액화수소 저장탱크 누출 감지 장치가 제공될 수 있다.
상기 액화수소 저장탱크 누출 감지 장치는, 제 2 전원부; 상기 제 2 전원부에서 전기를 공급받아 제 2 누출 신호를 발생하는 제 2 신호발생부; 및 내부에 상기 수소에 비해 끓는점이 높고 상기 제 1 기체에 비해 끓는점이 낮은 제 2 기체가 수용되는 제 2 스위치 내부 공간이 형성되고, 상기 이너 베리어 스페이스로 누출된 액화가스에 의해 상기 제 2 기체가 액화되면 상기 제 2 전원부에서 상기 제 2 신호발생부로 전기를 인가하는 제 2 스위치를 포함하고, 상기 제 2 스위치는, 상기 제 2 전원부의 플러스 단자 및 마이너스 단자 중 하나와 연결되고, 상기 제 2 스위치 내부 공간의 일면을 제공하는 제 2-1 전도체; 상기 제 2-1 전도체의 일면에 적층되고, 상기 제 2 스위치 내부 공간의 일부인 제 2-1 중공부가 형성된 제 2 부도체; 상기 제 2 전원부의 플러스 단자 및 마이너스 단자 중 나머지와 연결되고, 상기 제 2 부도체의 일면에 적층되고, 상기 제 2 스위치 내부 공간의 일부인 제 2-2 중공부가 형성된 제 2-2 전도체; 및 상기 제 2-2 중공부를 커버하도록 상기 제 2-2 전도체에 적층되고, 상기 제 2 스위치 내부 공간의 타면을 제공하며, 플렉서블한 멤브레인 형태의 제 2 커버 전도체를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 커버 전도체 및 제 2 커버 전도체는, 그래핀으로 제작될 수 있다.
상기 제 1 부도체는 중앙에 상기 제 1-1 중공부가 형성된 링 형상을 가지고, 상기 제 1-2 전도체는 중앙에 상기 제 1-2 중공부가 형성된 링 형상을 가지고, 상기 제 2 부도체는 중앙에 상기 제 2-1 중공부가 형성된 링 형상을 가지고, 상기 제 2-2 전도체는 중앙에 상기 제 2-2 중공부가 형성된 링 형상을 가질 수 있다.
상기 제 1 전원부는 제 1 압전 소자를 포함하고, 상기 제 2 전원부는 제 2 압전 소자를 포함할 수 있다.
상기 제 1 전원부는 제 1 배터리를 더 포함하고, 상기 제 2 전원부는 제 2 배터리를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치는, 상기 이너 베리어 스페이스의 내부 또는 외부에 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 그 내부에 수소에 비해 끓는점이 높은 제 1 기체가 수용되는 제 1 스위치 내부 공간이 형성되고, 이너 베리어 스페이스로 액화수소가 누출되면 제 1 전원부에서 제 1 신호발생부로 전기를 인가하는 스위치를 사용함으로써, 약 -252.7℃로 액화천연가스에 비해 훨씬 극저온인인 액화수소를 저장하는 저장탱크의 1차 방벽이 손상되어 이너 베리어 스페이스로 액화수소가 누출되었는지 여부를 쉽게 감지할 수 있고, 이에 따라 신속하고 효과적인 조치가 수행될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화수소 저장탱크의 단면도이고,
도 2는 도 1의 A부분을 확대한 도면이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 누출 감지 장치를 나타내는 도면이고,
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 스위치의 분해 사시도이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 스위치의 사시도이고,
도 6은 본 발명의 일 실싱예에 따른 스위치의 위치에 따른 일 형태를 나타내는 도면이고,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치의 위치에 따른 다른 형태를 나타내는 도면이고,
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 스위치의 작동을 설명하기 위한 도면이고,
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 누출 감지 장치를 나타내는 도면이고,
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 스위치의 분해 사시도이고,
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 스위치의 사시도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화수소 저장탱크의 단면도이고, 도 2는 도 1의 A부분을 확대한 도면이다. 참고로, 도 1 및 도 2에서 +X는 액화수소 저장탱크의 전방 또는 액화수소 저장탱크가 형성된 선체의 전방을 의미하고, +Y는 액화수소 저장탱크의 좌측방향 또는 액화수소 저장탱크가 형성된 선체의 전방을 의미한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 누출 감지 장치(미도시)가 적용되는 액화수소 저장탱크(100)는 내부에 액화수소를 저장한다.
예컨대, 액화수소 저장탱크(100)는 선박 또는 해양 구조물의 선체(10)에 형성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 액화수소 저장탱크(100)는 1차 방벽(110)과, 2차 방벽(120), 1차 방벽(110)과 2차 방벽(120) 사이에 개재되는 1차 단열층(130), 2차 방벽(120)과 선체(10)의 내벽(11) 사이에 개재되는 2차 단열층(140)을 포함할 수 있다.
1차 방벽(110)은 액화수소와 직접 접하는 구성으로서 선체(10)를 구성하는 내벽(101)에서 액화수소 쪽으로 이격되어 배치된다.
1차 방벽(110)은 복수의 멤브레인(부호 도시하지 않음)으로 구성될 수 있으며, 멤브레인들은 스테인리스 스틸 또는 고망간강으로 제작될 수 있다. 이러한 멤브레인들은 경계면이 용접에 의해 접합될 수 있다.
1차 방벽(110)에는 주름(111)이 형성될 수 있다. 주름(111)은 도 2와 같이 횡으로 형성된 횡주름과 도시되지 않았으나 횡주름에 직교하는 종주름을 포함할 수 있다.
2차 방벽(120)은 1차 방벽(110)과 선체(10)의 내벽(101) 사이에 개재될 수 있다. 2차 방벽(120)은 복수의 멤브레인으로 구성될 수 있으며, 멤브레인들은 스테인리스 스틸, 알루미늄, 황동, 아연, 고망간강 중 어느 하나로 제작될 수 있다.
1차 단열층(130)은 1차 방벽(110)과 2차 방벽(120) 사이의 이너 베리어 스페이스(IBS)에 개재된다.
1차 단열층(130)은 복수의 1차 단위단열블록(131) 및 1차 단열충전물(133)을 포함할 수 있다.
복수의 1차 단위단열블록(131)은 상호 이격되어 이웃하여 배치될 수 있다. 1차 단위단열블록(131)은 폴리우레탄폼, 마이크로셀룰로이드폼(Micro-celluloid Foam), 나노셀룰로이드폼(Nano-celluloid Foam), 샌드위치 폼(Sandwich Foam) 중 어느 하나로 제작될 수 있다.
이웃하는 1차 단위단열블록(131) 사이에는 1차 단열충전물(133)로 채워질 수 있다. 1차 단열충전물(133)은 유연한 단열폼, 글래스 울(Glass wool), 퍼티(Putty) 등 1차 단위단열블록(131)들의 단열성능을 높일 수 있는 다양한 소재로 구성될 수 있다.
1차 방벽(110)과 1차 단열층(130) 사이에 충격흡수층(135)이 개재될 수 있다. 충격흡수층(135)은 1차 방벽(110)의 강성보다 낮은 강성을 보유하는 다양한 소재, 예를 들어 섬유강화 복합재료 시트 또는 매트(Mat), 고분자수지, 고무 등으로 구성될 수 있다.
충격흡수층(135)은 에폭시수지 등의 접착제나 핫프레싱(Hot pressing)에 의하여 1차 방벽(110)의 이면에 접합될 수 있다.
충격흡수층(135)과 1차 단열층(130) 사이에 강성의 보강을 위해 플라이우드(Fly Wood; 도시하지 않음)가 설치될 수 있다.
2차 단열층(140)은 2차 방벽(120)과 선체(10)의 내벽(101) 사이에 개재될 수 있다.
2차 단열층(140)은 복수의 2차 단위단열블록(141) 및 2차 단열충전물(143)을 포함할 수 있다. 복수의 2차 단위단열블록(141)은 상호 이격되어 이웃하여 배치될 수 있다. 2차 단위단열블록(141)은 폴리우레탄폼, 샌드위치폼, 마이크로셀룰로이드폼, 나노셀룰로이드폼 등으로 구성될 수 있다.
이웃하는 2차 단위단열블록(141) 사이에는 2차 단열충전물(143)로 채워질 수 있다. 2차 단열충전물(143)은 유연한 단열폼, 글래스 울(Glass wool), 퍼티(Putty) 등 2차 단위단열블록(141)들의 단열성능을 높일 수 있는 다양한 소재로 구성될 수 있다.
1차 단위단열블록(131)과 2차 단위단열블록(141)은 각각 저장된 액화수소의 누출을 방지하기 위해 서로 어긋나도록 배열될 수 있다.
2차 단열층(140)은 매스틱(150)(Mastic) 또는 수지로프(Resin rope) 등에 의하여 선체(10)의 내벽(101)에 고정될 수 있다. 매스틱(150)은 에폭시수지로 구성될 수 있으며, 강성의 보강을 위해 플라이우드(도시하지 않음)가 2차 단열층(140)의 이면에 설치되는 경우 플라이우드 또한 선체(10)의 내벽(101)에 고정시킬 수 있다.
본 실시예에서 1차 방벽(110)과 2차 방벽(120) 사이 공간인 이너 베리어 스페이스(IBS)는 진공 상태로 유지된다. 예컨대 진공이란 물질이 전혀 존재하지 않는 공간을 의미하지만, 실제로는 이렇게 만들기가 어렵기 때문에 1/1000㎜Hg 정도 이하의 저압을 가리킨다(출처 : 두산백과). 다만, 진공의 기준이 되는 최대 압력 1/1000㎜Hg은 예시에 불과하다.
예컨대, 이너 베리어 스페이스(IBS)가 진공 상태를 유지하는 액화수소 저장탱크가 사용 중 1차 방벽(110)이 손상되면 이너 베리어 스페이스(IBS)의 진공 상태가 깨질 뿐만 아니라 저장 중인 액화수소의 일부가 이너 베리어 스페이스(IBS)로 누출되어 안정상 심각한 문제가 발생할 수 있다.
본 실시예에 따른 누출 감지 장치(미도시)는 저장 중인 액화수소가 이너 베리어 스페이스(ibs)로 누출되었는지 여부를 감지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 누출 감지 장치를 나타내는 도면이고, 도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 스위치의 분해 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 스위치의 사시도이다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 누출 감지 장치는 이너 베리어 스페이스에 대한 액화수소의 누출을 감지한다.
본 실시예에 따르면 누출 감지 장치(200)는 제 1 전원부(210)와 제 1 신호발생부(230)와 제 1 스위치(250)를 포함할 수 있다.
제 1 전원부(210)는 후술하는 제 1 신호발생부(230)에 전기를 공급한다.
제 1 전원부(210)는 제 1 압전 소자를 포함할 수 있다. 제 1 압전 소자는 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 예컨대 액화수소 저장탱크가 형성된 선체가 운항 중일 때 선체의 동요로 인해 제 1 압전 소자도 함께 동요할 수 있다. 선체에 탑재된 각종 장비가 작동하는 과정에서 선체가 진동하게 되고 이에 따라 제 1 압전 소자도 함께 진동할 수 있다. 이와 같이 제 1 압전 소자가 동요하거나 진동하는 과정에서 제 1 압전 소자는 전기를 생산한다.
이와 같이 제 1 압전 소자를 사용하는 경우 반영구적으로 전기를 생산할 수 있다.
제 1 전원부(210)는 제 1 배터리를 더 포함할 수 있다. 제 1 압전 소자에서 발생된 전기는 제 1 배터리에 저장될 수 있다.
제 1 신호발생부(230)는 제 1 전원부(210)로부터 전기를 공급받아 제 1 누출 신호를 발생한다.
일례로, 제 1 신호발생부(230)는 전파송신기를 포함할 수 있다. 이 경우 제 1 누출 신호는 전파형태로 생성되어 외부에 있는 전파수신기에서 수신될 수 있다.
다른 예로, 제 1 신호발생부(230)는 스피커를 포함할 수 있다. 이 경우, 제 1 누출 신호는 음파형태로 생성되어 외부로 전달될 수 있다.
이외에 다양한 제 1 신호발생부(230)가 제안될 수 있음은 물론이다.
제 1 스위치(250)는 1차 방벽이 손상되어 저장 중인 액화수소가 이너 베리어 스페이스로 누출되면 제 1 전원부(210)에서 제 1 신호발생부(230)로 전기를 인가한다.
제 1 스위치(250)는 그 내부에 제 1 기체를 수용하는 제 1 스위치 내부 공간(250a)이 형성된다. 제 1 기체는 수소에 비해 끓는점이 높다. 예컨대, 제 1 기체는 산소 또는 질소일 수 있다.
이러한 제 1 스위치(250)는 이너 베리어 스페이스로 액화수소가 누출되지 않으면 제 1 기체가 기체 상태를 유지함으로써 제 1 전원부(210)에서 제 1 신호발생부(230)로 전기가 인가되는 것을 차단한다.
그리고 제 1 스위치(250)는 이너 베리어 스페이스로 액화수소가 누출되면 누출된 액화수소의 냉기에 의해 제 1 기체가 액화되고 제 1 스위치 내부 공간의 압력이 낮아져 그 일부가 변형됨으로써 제 1 전원부(210)에서 제 1 신호발생부(230)로 전기를 인가한다.
위와 같은 스위치 작동 메커니즘에 대해서는 후술한다.
본 실시예에서, 제 1 스위치(250)는 이너 베리어 스페이스 내부에 배치될 수 있다. 이 경우, 이너 베리어 스페이스로 누출된 액화 수소의 냉기가 직접 제 1 스위치(250)에 전달될 수 있다.
다른 실시예에서, 제 1 스위치(250)는 이너 베리어 스페이스 외부에 배치될 수 있다. 이때, 제 1 스위치(250)는 2차 방벽의 외측면에 접하여 배치되는 것이 바람직하다. 이 경우, 이너 베리어 스페이스로 누출된 액화수소의 냉기가 2차 방벽을 통해 제 1 위치치(250)로 전달되기 용이하다.
본 실시예에서, 누출 감지 장치(200)를 구성하는 제 1 전원부(210), 제 1 신호발생부(230), 제 1 스위치(250)는 모두 이너 베리어 스페이스 내부에 배치될 수 있다. 이 경우, 누출 감지 장치(200)는 이너 베리 스페이스에 배치되는 1차 단열층(도 2의 130)을 구성하는 단열재 내부에 배치되거나 1차 단열층(도 2의 130)을 구성하는 단열재 외부의 별도의 영역에 배치될 수 있다.
다른 실시예에서, 누출 감지 장치(200)를 구성 하는 제 1 전원부(210), 제 1 신호발생부(230), 제1 스위치(250) 중 적어도 하나는 이너 베리어 스페이스 외부에 배치될 수 있다. 이 경우, 이너 베리어 스페이스의 외부에 배치된 구성과 이너 베리어 스페이스 내부에 배치된 구성간 전기적 연결을 위해 2차 방벽(미도시)의 일부에 관통홀(미도시)이 형성될 수 있고, 관통홀은 밀봉 처리될 수 있다.
본 실시예에서, 제 1 스위치(250)는 제 1-1 전도체(251)와, 제 1 부도체(253)와, 제 1-2 전도체(255)와, 제 1 커버 전도체(257)를 포함한다.
제 1-1 전도체(251)는 제 1 전원부(210)의 플러스 단자 및 마이너스 단자 중 하나와 연결된다. 제 1-1 전도체(251)는 플레이트 형상을 가질 수 있다. 제 1-1 전도체(251)는 예컨대 제 1 스위치 내부 공간(250a)의 바닥면을 제공할 수 있다.
제 1 부도체(253)는 제 1-1 전도체(251)의 일면에 적층된다. 제 1 부도체(253)는 제 1 스위치 내부 공간(250a)의 일부인 제 1-1 중공부(253a)가 형성된다. 이러한 제 1 부도체(253)는 링 형상을 가진다. 제 1 부도체(253)는 플레이트 형상을 가질 수 있다.
제 1-2 전도체(255)는 제 1 전원부(210)의 플러스 단자 및 마이너스 단자 중 제 1-1 전도체(251)와 연결되지 않은 나머지와 연결된다. 제 1-2 전도체(255)는 제 1-2 중공부(255a)가 형성된다. 이러한 제 1 부도체(253)는 링 형상을 가진다. 제 1-2 전도체(255)는 플레이트 형상을 가질 수 있다.
제 1 커버 전도체(257)는 제 1-2 중공부(255a)를 커버하도록 제 1-2 전도체(255)에 적층된다. 제 1 커버 전도체(257)는 예컨대 제 1 스위치 내부 공간(250a)의 천장면을 제공한다.
제 1 커버 전도체(257)는 플렉서블한 멤브레인 형태를 가진다.
예컨대, 제 1 커버 전도체(257)는 그래핀으로 제작될 수 있다. 그래핀은 신축성 및 전기 전도성이 우수하다.
본 실시예에서, 제 1 스위치(250)은 이너 베리어 스페이스 내부에 배치될 수 있다. 이 경우, 이너 베리어 스페이스가 진공 상태를 유지하고 있기 때문에 제 1 유체로 채워진 제 1 스위치 내부 공간의 내부 압력에 의해 제 1 커버 전도체(257)는 도 6과 같이 외부로 볼록한 형태로 변형될 수 있다. 참고로, 도 6은 본 발명의 일 실싱예에 따른 스위치의 위치에 따른 일 형태를 나타내는 도면이다.
다른 실시예에서, 제 1 스위치(25)는 이너 베리어 스페이스 외부에 배치될 수 있다. 이 경우, 이너 베리어 스페이스가 진공 상태를 유지하더라도 제 1 커버 전도체(257)는 도 7과 같이 편평한 상태를 유지할 수 있다. 참고로, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치의 위치에 따른 다른 형태를 나타내는 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 스위치의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 도 6, 도 8 및 도 9를 참조하여 제 1 스위치(250)의 작동을 설명한다.
먼저, 도 6을 참조하면, 1차 방벽 및 2차 방벽의 손상이 없어 이너 베리어 스페이스의 진공 상태가 유지되면 제 1 스위치(250)는 제 1 전원부(210)의 전기를 제 1 신호발생부(230)로 인가하지 않는다.
이후, 도 8을 참조하면, 1차 방벽(미도시)이 손상되어 이너 베리어 스페이스(미도시)의 진공 상태가 깨지고 이너 베리어 스페이스 내부로 액화수소가 누출되면 누출된 액화수소의 냉기가 제 1 스위치 내부 공간(250a)의 제 1 기체를 액화시켜 제 1 스위치 내부 공간(250a)의 압력이 급격히 저하된다. 예컨대 제 1 스위치 내부 공간(250a)은 진공 상태에 놓일 수 있다. 이때, 제 1 커버 전도체(257)에는 외부에서 제 1 스위치 내부 공간(250a)을 향하는 힘(P)이 작용한다. 이 힘(P)은 제 1 커버 전도체(257)를 제 1 스위치 내부 공간(250a)으로 누른다.
이후, 도 9를 참조하면, 제 1 커버 전도체(257)는 제 1 스위치 내부 공간(250a) 안으로 들어가 제 1-1 전도체(251)와 접하도록 변형된다.
이 경우, 제 1 스위치(250)는 제 1 전원부(210)의 전기를 제 1 신호발생부(230)로 인가한다. 제 1 신호발생부(230)로 전기가 인가되면 제 1 신호발생부(230)는 제 1 누출 신호를 발생하고, 제 1 누출 신호는 외부에서 인식된다.
이러한 누출 감지 장치(200)는 약 -252.7℃로 액화천연가스에 비해 훨씬 극저온인인 액화수소를 저장하는 저장탱크, 보다 상세히 1차 방벽의 손상을 쉽게 감지할 수 있고, 이에 따라 신속하고 효과적인 조치가 수행될 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 누출 감지 장치를 나타내는 도면이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 스위치의 분해 사시도이고, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 스위치의 사시도이다.
도 10 내지 도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 누출 감지 장치(200')는 제 1 전원부(210), 제 1 신호발생부(230), 제 1 스위치(250), 제 2 전원부(310), 제 2 신호발생부(330), 제 2 스위치(350)를 포함한다.
본 실시예에 따른 누출 감지 장치(200')는 앞선 실시예에 따른 누출 감지 장치(200)와 달리 제 2 전원부(310), 제 2 신호발생부(330), 제 2 스위치(350)를 더 포함한다.
제 2 전원부(310)는 후술하는 제 2 신호발생부(330)에 전기를 공급한다.
제 2 전원부(310)는 제 2 압전 소자를 포함할 수 있다. 제 2 전원부(310)는 제 2 배터리를 더 포함할 수 있다.
제 2 신호발생부(330)는 제 2 전원부(310)로부터 전기를 공급받아 제 2 누출 신호를 발생한다.
일례로, 제 2 신호발생부(330)는 전파송신기를 포함할 수 있다. 이 경우 제 2 누출 신호는 전파형태로 생성되어 외부에 있는 전파수신기에서 수신될 수 있다.
다른 예로, 제 2 신호발생부(330)는 스피커를 포함할 수 있다. 이 경우, 제 2 누출 신호는 음파형태로 생성되어 외부로 전달될 수 있다.
이외에 다양한 제 2 신호발생부(330)가 제안될 수 있음은 물론이다.
제 2 스위치(350)는 1차 방벽이 손상되어 저장 중인 액화수소가 이너 베리어 스페이스로 누출되면 제 2 전원부(310)에서 제 2 신호발생부(330)로 전기를 인가한다.
제 2 스위치(350)는 그 내부에 제 2 기체를 수용하는 제 2 스위치 내부 공간(350a)이 형성된다. 제 2 기체는 수소에 비해 끓는점이 높고, 제 1 기체에 비해 끓는점이 낮다. 예컨대, 제 1 기체가 산소일 때 제 2 기체는 질소일 수 있다.
이러한 제 2 스위치(350)는 이너 베리어 스페이스로 액화수소가 누출되지 않으면 제 2 기체가 기체 상태를 유지함으로써 제 2 전원부(310)에서 제 1 신호발생부(330)로 전기가 인가되는 것을 차단한다.
그리고 제 2 스위치(250)는 이너 베리어 스페이스로 액화수소가 누출되면 누출된 액화수소의 냉기에 의해 제 2 기체가 액화되고 제 2 스위치 내부 공간의 압력이 낮아져 그 일부가 변형됨으로써 제 2 전원부(310)에서 제 2 신호발생부(330)로 전기를 인가한다.
본 실시예에서, 제 2 스위치(350)는 제 2-1 전도체(351)와, 제 2 부도체(353)와, 제 2-2 전도체(355)와, 제 2 커버 전도체(357)를 포함한다.
제 2-1 전도체(351)는 제 2 전원부(310)의 플러스 단자 및 마이너스 단자 중 하나와 연결된다. 제 2-1 전도체(351)는 플레이트 형상을 가질 수 있다. 제 2-1 전도체(351)는 예컨대 제 2 스위치 내부 공간(350a)의 바닥면을 제공할 수 있다.
제 2 부도체(353)는 제 2-1 전도체(351)의 일면에 적층된다. 제 2 부도체(353)는 제 2 스위치 내부 공간(350a)의 일부인 제 2-1 중공부(353a)가 형성된다. 이러한 제 2 부도체(353)는 링 형상을 가진다. 제 2 부도체(353)는 플레이트 형상을 가질 수 있다.
제 2-2 전도체(355)는 제 2 전원부(310)의 플러스 단자 및 마이너스 단자 중 제 2-1 전도체(351)와 연결되지 않은 나머지와 연결된다. 제 2-2 전도체(355)는 제 2-2 중공부(355a)가 형성된다. 이러한 제 2 부도체(353)는 링 형상을 가진다. 제 2-2 전도체(355)는 플레이트 형상을 가질 수 있다.
제 2 커버 전도체(357)는 제 2-2 중공부(355a)를 커버하도록 제 2-2 전도체(355)에 적층된다. 제 2 커버 전도체(357)는 예컨대 제 2 스위치 내부 공간(350a)의 천장면을 제공한다.
제 2 커버 전도체(357)는 플렉서블한 멤브레인 형태를 가진다.
예컨대, 제 2 커버 전도체(357)는 그래핀으로 제작될 수 있다. 그래핀은 신축성 및 전기 전도성이 우수하다.
위와 같은 제 2 스위치(350)의 작동 메커니즘은 제 1 스위치(250)의 작동 메커니즘과 동일하다.
본 실시예에서, 누출 감지 장치(200')는 제 1 스위치(250)와 제 2 스위치(350)를 포함한다. 제 1 스위치(250)와 제 2 스위치(350)는 인접하여 배치될 수 있다. 예컨대 제 1 스위치(250) 및 제 2 스위치(350)는 접하여 배치될 수 있다. 또는 제 1 스위치(250) 및 제 2 스위치(350)는 0 cm 초과 100 cm 이하로 이격되어 배치될 수 있으나 이에 국한되지 않는다.
제 2 스위치(350)의 제 2 기체는 제 1 스위치(250)의 제 1 기체보다 끓는점이 높다. 이 경우, 제 1 스위치(250) 및 제 2 스위치(350)와 누출 지점 사이의 거리에 따라 제 1 스위치(250) 및 제 2 스위치(350)의 작동이 달라질 수 있다.
예컨대, 제 1 스위치(250) 및 제 2 스위치(350)가 누출 지점과 가까우면 누출된 액화가스에 의해 제 1 스위치(250)의 제 1 기체와, 제 2 스위치(350)의 제 2 기체가 모두 액화되어 제 1 스위치(250) 및 제 2 스위치(350) 모두 전기를 인가하도록 동작한다. 이와 같이 제 1 스위치(250) 및 제 2 스위치(350)가 모두 전기를 인가하도록 동작하는 경우를 편의상 제 1 모드라 한다.
또는 제 1 스위치(250) 및 제 2 스위치(350)가 누출 지점과 다소 멀면 누출된 액화가스에 의해 끓는점이 상대적으로 높은 제 1 스위치(250)의 제 1 기체는 액화되어 제 1 스위치(250)는 전기를 인가하도록 동작하고, 끓는점이 상대적으로 낮은 제 2 스위치(350)의 제 2 기체는 기체상태를 유지하여 전기를 인가하지 않도록 동작한다. 이와 같이 제 1 스위치(250)는 전기를 인가하도록 동작하고 제 2 스위치(350)가 전기를 인가하지 않도록 동작하는 경우를 편의상 제 2 모드라 한다.
또는 제 1 스위치(250) 및 제 2 스위치(350)가 누출 지점과 매우 멀면 누출된 액화가스는 제 1 스위치(250) 및 제 2 스위치(350)에 영향을 미치지 않아 제 1 스위치(250) 및 제 2 스위치(350) 모두 전기를 인가하지 않도록 동작한다. 이와 같이 제 1 스위치(250)와 제 2 스위치(350)가 모두 전기를 인가하지 않도록 동작하는 경우를 편의상 제 3 모드라 한다.
위와 같이 동작하는 누출 감지 장치(200')는 다수로 제공될 수 있다. 다수의 누출 감지 장치(200')는 상호 이격되어 배치될 수 있다. 이때, 누출 지점과 가까운 누출 감지 장치들은 제 1 모드로 작동하고, 누출 지점과 다소 먼 누출 감지 장치들은 제 2 모드로 동작하고, 누출 지점과 매우 먼 누출 감지 장치들은 제 3 모드로 동작한다.
누출 감지 장치들의 모드를 분석하면 누출 지점의 위치를 대략적으로 파악할 수 있다. 예컨대, 제 1 모드로 작동하는 누출 감지 장치들이 다수 분포된 영역을 누출 지점으로 판단할 수 있다.
이러한 누출 감지 장치(200')는 약 -252.7℃로 액화천연가스에 비해 훨씬 극저온인인 액화수소를 저장하는 저장탱크, 보다 상세히 1차 방벽의 손상을 쉽게 감지할 수 있을 뿐만 아니라 누출 지점을 쉽게 파악할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 누출 감지 장치(200')는 제 1 전원부(210)과 제 2 전원부(310)는 각각 제 1 신호발생부(230)과 제 2 신호발생부(330)에 전기를 공급한다. 그러나 다른 실시예에서 동일한 전원부에서 제 1 신호발생부(230) 및 제 2 신호발생부(330)에 전기를 공급할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10 : 선체
100 : 액화가스 저장탱크
110 : 1차 방벽
111 : 주름
120 : 2차 방벽
130 : 1차 단열층
131 : 1차 단위단열블록
133 : 1차 단열충전물
135 : 충격흡수층
140 : 2차 단열층
141 : 2차 단위단열블록
143 : 2차 단열충전물
200, 200' : 누출 감지 장치
210 : 제 1 전원부
230 : 제 1 신호발생부
250 : 스위치
250a : 스위치 내부 공간
251 : 제 1-1 전도체
253 : 제 1 부도체
255 : 제 1-2 전도체
257 : 제 1 커버 전도체
310 : 제 2 전원부
330 : 제 2 신호발생부
350 : 스위치
350a : 스위치 내부 공간
351 : 제 2-1 전도체
353 : 제 2 부도체
355 : 제 2-2 전도체
357 : 제 2 커버 전도체

Claims (7)

  1. 액화수소 저장탱크의 1차 방벽과 2차 방벽 사이 공간인 이너 베리어 스페이스(Inner Barrier Space)에 대한 액화수소의 누출을 감지하는 장치로서,
    제 1 전원부;
    상기 제 1 전원부에서 전기를 공급받아 제 1 누출 신호를 발생하는 제 1 신호발생부; 및
    내부에 수소에 비해 끓는점이 높은 제 1 기체가 수용되는 제 1 스위치 내부 공간이 형성되고, 상기 이너 베리어 스페이스로 누출된 액화가스에 의해 상기 제 1 기체가 액화되면 상기 제 1 전원부에서 상기 제 1 신호발생부로 전기를 인가하는 제 1 스위치를 포함하고,
    상기 제 1 스위치는,
    상기 제 1 전원부의 플러스 단자 및 마이너스 단자 중 하나와 연결되고, 상기 제 1 스위치 내부 공간의 일면을 제공하는 제 1-1 전도체;
    상기 제 1-1 전도체의 일면에 적층되고, 상기 제 1 스위치 내부 공간의 일부인 제 1-1 중공부가 형성된 제 1 부도체;
    상기 제 1 전원부의 플러스 단자 및 마이너스 단자 중 상기 제 1-1 전도체와 연결되지 않은 나머지와 연결되고, 상기 제 1 부도체의 일면에 적층되고, 상기 제 1 스위치 내부 공간의 일부인 제 1-2 중공부가 형성된 제 1-2 전도체; 및
    상기 제 1-2 중공부를 커버하도록 상기 제 1-2 전도체에 적층되고, 상기 제 1 스위치 내부 공간의 타면을 제공하며, 플렉서블한 멤브레인 형태의 제 1 커버 전도체를 포함하는, 액화수소 저장탱크 누출 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    제 2 전원부;
    상기 제 2 전원부에서 전기를 공급받아 제 2 누출 신호를 발생하는 제 2 신호발생부; 및
    내부에 상기 수소에 비해 끓는점이 높고 상기 제 1 기체에 비해 끓는점이 낮은 제 2 기체가 수용되는 제 2 스위치 내부 공간이 형성되고, 상기 이너 베리어 스페이스로 누출된 액화가스에 의해 상기 제 2 기체가 액화되면 상기 제 2 전원부에서 상기 제 2 신호발생부로 전기를 인가하는 제 2 스위치를 포함하고,
    상기 제 2 스위치는,
    상기 제 2 전원부의 플러스 단자 및 마이너스 단자 중 하나와 연결되고, 상기 제 2 스위치 내부 공간의 일면을 제공하는 제 2-1 전도체;
    상기 제 2-1 전도체의 일면에 적층되고, 상기 제 2 스위치 내부 공간의 일부인 제 2-1 중공부가 형성된 제 2 부도체;
    상기 제 2 전원부의 플러스 단자 및 마이너스 단자 중 상기 제 2-1 전도체와 연결되지 않은 나머지와 연결되고, 상기 제 2 부도체의 일면에 적층되고, 상기 제 2 스위치 내부 공간의 일부인 제 2-2 중공부가 형성된 제 2-2 전도체; 및
    상기 제 2-2 중공부를 커버하도록 상기 제 2-2 전도체에 적층되고, 상기 제 2 스위치 내부 공간의 타면을 제공하며, 플렉서블한 멤브레인 형태의 제 2 커버 전도체를 더 포함하는, 액화수소 저장탱크 누출 감지 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제 1 커버 전도체 및 제 2 커버 전도체는,
    그래핀으로 제작되는, 액화수소 저장탱크 누출 감지 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제 1 부도체는 중앙에 상기 제 1-1 중공부가 형성된 링 형상을 가지고,
    상기 제 1-2 전도체는 중앙에 상기 제 1-2 중공부가 형성된 링 형상을 가지고,
    상기 제 2 부도체는 중앙에 상기 제 2-1 중공부가 형성된 링 형상을 가지고,
    상기 제 2-2 전도체는 중앙에 상기 제 2-2 중공부가 형성된 링 형상을 가지는, 액화수소 저장탱크 누출 감지 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제 1 전원부는 제 1 압전 소자를 포함하고,
    상기 제 2 전원부는 제 2 압전 소자를 포함하는, 액화수소 저장탱크 누출 감지 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제 1 전원부는 제 1 배터리를 더 포함하고,
    상기 제 2 전원부는 제 2 배터리를 더 포함하는, 액화수소 저장탱크 누출 감지 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치는,
    상기 이너 베리어 스페이스의 내부 또는 외부에 배치되는, 액화수소 저장탱크 누출 감지 장치.
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