KR102067522B1

KR102067522B1 - 액화가스탱크

Info

Publication number: KR102067522B1
Application number: KR1020180049410A
Authority: KR
Inventors: 백종훈
Original assignee: 백종훈
Priority date: 2017-04-28
Filing date: 2018-04-27
Publication date: 2020-01-20
Also published as: KR20180121418A

Abstract

액화가스를 저장하는 액화가스탱크가 개시된다. 액화가스탱크는 외부탱크와, 외부탱크 내에 진공공간을 두고 배치되며, 액화가스가 채워지는 내부공간부 및 내부공간부로 함몰된 적어도 하나의 함몰부를 가진 내부탱크와, 일측이 외부탱크에 연결되고 타측이 함몰부에 점접촉하는 내부탱크지지프레임을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액화가스탱크는 내부탱크를 외부탱크에 지지하기 위한 구조에서 최소면적으로 점접촉함으로써 외부로부터 전달되는 전도열을 최소화할 수 있다.

Description

액화가스탱크{A Liquefied Gas Tank}

본 발명은 기체상태의 가스를 저온 압축하여 액체상태로 변환한 액화가스를 저장하는 액화가스탱크에 관한 것이다.

최근 무공해 및 고효율의 에너지로서 예를 들면 수소(H₂)를 이용한 엔진이 개발되고 있다. 기체상태인 기체수소(H₂)는 대기압에서 -253℃까지 낮춰 액화하고, 이렇게 액화된 액화수소는 액화가스탱크에 저장된다. 내부탱크와 외부탱크 사이를 진공처리하고, 액화수소가 저장된 내부탱크를 다수의 지지프레임에 의해 외부탱크에 지지시킨 2중구조의 액화수소탱크가 있다. 이러한 2중구조 액화가스탱크에서 내부탱크에 저장된 액화수소는 탱크 외부의 상온에서 전달되는 복사열, 내부탱크와 외부탱크 사이의 진공공간에서의 대류열 및 다수의 지지프레임을 통해 전달되는 전도열에 의해 영향을 받는다. 액화수소탱크는 내부의 액화수소의 증발을 막아 장기보관하기 위해서 복사열, 대류열 및 전도열이 내부의 액화수소에 가능한 한 전달되지 않도록 할 필요가 있다.

본 발명의 목적은 상술한 전도열이 내부탱크지지프레임을 통해 액화가스에 전달되는 것을 최소한으로 억제하여 액화가스의 증발억제 및 액화가스의 장기보관을 가능하게 할 수 있는 액화가스탱크를 제공하는데에 있다.

본 발명의 다른 목적은 구조가 간단하여 재료비가 적게 들고 대량 생산이 가능한 액화가스탱크를 제공하는데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 진동에 강하고, 소형화가 가능하고, 다양한 디자인으로 제조하는 것이 가능하고, 다양한 분야에 적용될 수 있는 액화가스탱크를 제공하는데에 있다.

상기 본 발명의 과제를 달성하기 위한 액화가스를 저장하는 액화가스탱크가 제공된다. 액화가스탱크는 외부탱크와, 외부탱크 내에 진공공간을 두고 배치되며, 액화가스가 채워지는 내부공간부 및 내부공간부로 함몰된 적어도 하나의 함몰부를 가진 내부탱크와, 일측이 외부탱크에 연결되고 타측이 함몰부에 점접촉하는 내부탱크지지프레임을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 액화가스탱크는 내부탱크를 외부탱크에 지지하기 위한 구조에서 최소면적으로 점접촉함으로써 외부로부터 전달되는 전도열을 최소화하여 내부탱크에 저장된 액화가스의 증발을 억제할 수 있어 장기보관이 가능하다.

상기 내부탱크지지프레임의 타측은 다수의 꼭지점을 가진 다면체, 다수의 돌출부를 가진 구형체, 다수의 돌출부를 가진 비구형체 또는 다각판체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 함몰부는 상기 내부탱크를 관통하는 중공관을 포함할 수 있다.

상기 내부탱크지지프레임은, 상기 중공관을 관통하는 봉 또는 와이어와, 상기 봉 또는 와이어에 결합되어 상기 중공관의 내벽에 점접촉하는 적어도 하나의 점접촉부와, 상기 봉 또는 와이어와 상기 외부탱크를 연결하는 연결프레임을 포함할 수 있다.

상기 함몰부는, 상기 내부탱크를 관통하지 않고 마주보는 한 쌍의 함몰부로 구성되며, 상기 내부탱크지지프레임은, 일측이 상기 외부탱크에 지지되고 타측이 상기 한 쌍의 함몰부에 접근하는 한 쌍의 연결프레임과, 상기 한 쌍의 연결프레임의 타측에 연결되고 상기 한 쌍의 함몰부에 점접촉하는 한 쌍의 점접촉부를 포함할 수 있다.

본 발명의 액화가스탱크는 전도열이 내부탱크지지프레임을 통해 액화가스에 전달되는 것을 최소한으로 억제하여 액화가스의 증발억제 및 액화가스의 장기보관을 가능하게 할 수 있다.

또한, 구조가 간단하고 재료비가 적게 들며 대량 생산이 가능하다.

특히, 진동에 강하고, 소형화가 가능하고, 다양한 디자인으로 제조하는 것이 가능하고, 적용 분야에 제한을 받지 않는다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 액체가스탱크의 부분발췌 사시도,
도 2는 도 1의 액체가스탱크의 단면도,
도 3은 도 1의 내부탱크지지프레임의 일부를 나타내는 사시도,
도 4는 도 3의 점접촉부 구조를 나타내는 도,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 액화가스탱크의 단면도,
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 액화가스탱크의 단면도
도 7은 도 6의 점접촉부 구조를 나타내는 단면도,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 점접촉부의 구조를 나타낸 단면도, 및
도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 액체가스탱크를 제조하는 과정을 설명하기 위한 모식도이다.

이하 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 액화가스탱크(100)를 상세히 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2는 각각 본 발명의 제1실시예에 따른 액화가스탱크의 부분발췌 사시도, 및 단면도이다. 액화가스탱크(100)는 외부탱크(110), 외부탱크(110)의 내에 진공공간(112)을 두고 배치되며, 액화가스(LG)가 채워지는 내부공간부(122)와 내부공간부(122)를 향해 함몰된 함몰부(124)를 포함하는 내부탱크(120), 및 일측이 외부탱크(110)에 지지되고 타측이 내부탱크(110)의 하중을 지지하면서 함몰부(124)에 점접촉하는 내부탱크지지프레임(130)을 포함한다.

외부탱크(110)는 진공공간(112)을 두고 금속 또는 수지로 제작된다. 외부탱크(110)의 형상은 구형, 비구형, 다면체형 등 적용되는 분야, 크기, 면적에 따라 다양한 형태로 만들어질 수 있다. 외부탱크(110)는 내면 또는 외면에 열차단을 위한 적어도 하나의 열차단부재가 부착될 수 있다.

내부탱크(120)는 내부탱크지지프레임(130)의 지지에 의해 외부탱크(110) 내에 소정의 공간을 두고 플로팅으로 배치된다. 내부탱크(120)는 액화가스(LG)를 수용하는 내부공간부(122), 즉 액화가스저장공간을 두고 금속 또는 수지로 제작된다. 액화가스(LG)는 예를 들면 액화수소(LH₂), 액화질소(LN₂), 액화산소(LO₂), 액화아르곤(LAr), 액화헬륨(LHe) 등과 가연성 있는 저온상태의 액화가스를 모든 포함한다.

함몰부(124)는 내부공간부(122)를 가로지르는 중공관을 포함한다. 중공관 형태의 함몰부(124)는 내부탱크(120)의 무게중심의 중앙에 형성되는 것이 바람직하다. 함몰부(124)는 내부탱크(120)의 내부공간부(122)에 기밀상태로 배치된다. 함몰부(124)는 외부탱크(110)의 내부와 연통한다. 함몰부(124)는 복수개를 배치하여도 무방하다. 함몰부(124)는 내부 통로가 반드시 일정할 필요는 없다. 함몰부(124)는 내벽에 점접촉부(134)의 꼭지점(133)을 수용하는 홈부(미도시)를 포함할 수 있다. 홈부는 수용된 점접촉부(134)가 봉(132)의 길이방향으로 이동하는 것을 제한한다.

내부탱크지지프레임(130)은 내부탱크(120)의 함몰부(124)를 향해 연장하는 봉 (132), 봉(132)의 외주연에 반경방향으로 돌출하는 점접촉부(134) 및 봉(132)의 양단을 외부탱크(110)에 연결하는 연결프레임(136)을 포함한다.

봉(132)은 열전도율 낮은 플라스틱, 유리, 세라믹, 금속, 이들의 복합재 등으로 제작된다. 봉(132)은 반드시 일정한 직경을 가질 필요는 없다.

도 3 및 4에 나타낸 바와 같이, 점접촉부(134)는 중앙에 봉을 관통 수용하는 개공부(135)를 포함한다. 점접촉부(134)는 한정되지 않는 3개가 봉(132)의 길이방향을 따라 소정 간격을 주고 배치된다. 여기서, 점접촉부(134)는 2개 또는 4개 이상이어도 무방하다. 점접촉부(134)는 삼꼭지점을 가진 다각판재, 별형 판재, 외주연에 돌기를 가진 원형 또는 비원형 판재 등으로 구현된다. 물론 점접촉부(134)는 반드시 대칭적인 형상일 필요는 없고, 함몰부(124)의 내벽에 점접촉할 수 있는 2 이상의 돌출부(이하 '꼭지점'이라 칭함)(133)을 포함하는 것이면 적용 가능하다. 여기서, 꼭지점(133)은 함몰부(124) 내벽과의 접촉면적을 줄이기 위해 날카롭게 연마될 수 있다. 물론, 꼭지점(133)은 내부탱크(120)를 외부탱크(110) 내에 지지할 수 있는 정도의 내구성이 요구된다.

점접촉부(134)는 도 4에 나타낸 바와 같이 모든 꼭지점(133)이 함몰부(124)의 내벽에 접촉할 필요는 없다. 즉, 내부탱크(120)의 하중을 지지하기 위한 꼭지점(133A)만 접촉하고, 나머지 꼭지점(133B,133C)은 비접촉 상태이어도 무방하다. 결과적으로 3개의 점접촉부(134)의 각각은 1개의 꼭지점(133A)을 통해서 항상 함몰부(124) 내벽에 열을 전도하기 때문에 비록 경미한 진동이 발생할지라도 열전도율을 혁신적으로 낮출 수 있다.

연결프레임(136)은 봉(132)의 양단에 결합되고, 내부탱크(120)의 외면에 간격을 두고 각각 서로 반대방향으로 둘러싸는 한 쌍의 내부연결부(137-1, 137-2), 외부탱크(110)로부터 돌출하여 한 쌍의 내부연결부(137-1, 137-2)에 각각 결합되는 한 쌍의 외부연결부(138-1,138-2)를 포함한다.

한 쌍의 내부연결부(137-1, 137-2)와 한 쌍의 외부연결부(138-1, 138-2)는 각각 아크형 또는 아치형 판재로 구현될 수 있다. 한 쌍의 내부연결부(137-1, 137-2)와 한 쌍의 외부연결부(138-1, 138-2)는 부분 접촉상태로 맞댄 상태로 결합된다. 한 쌍의 내부연결부(137-1, 137-2)와 한 쌍의 외부연결부(138-1, 138-2)는 접착제, 용접, 초음파접착, 볼트너트 결합, 일체 성형에 의해 결합될 수 있다. 한 쌍의 내부연결부(137-1, 137-2)와 한 쌍의 외부연결부(138-1, 138-2)는 아치형 또는 아크형 대신에 더욱 긴 경로를 가진 다양한 형태로 구현될 수도 있다.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 액화가스탱크(100)의 단면도이다. 도시한 바와 같이, 내부탱크(120)는 내부공간부(122)를 관통하지 않고 오목한 홈 형태인 한 쌍의 함몰부(124)를 포함한다.

내부탱크지지프레임(130)은 한 쌍의 함몰부(124)를 향해 연장하는 한 쌍의 봉 (132), 한 쌍의 봉(132)의 외주연으로부터 반경방향으로 돌출하여 한 쌍의 함몰부(124) 내벽에 각각 점접촉하는 한 쌍의 점접촉부(134) 및 일측이 외부탱크(110)에 지지되고 타측이 한 쌍의 함몰부(124)에 인접하게 연장하는 한 쌍의 연결프레임(136)을 포함한다.

한 쌍의 봉(132)은 열전도율 낮은 플라스틱, 유리, 세라믹, 금속, 이들의 복합재 등으로 제작된다. 봉(132)은 반드시 일정한 직경을 가질 필요는 없다. 한 쌍의 봉(132)은 일단부가 연결프레임(136)의 타측에 고정 지지된다. 한 쌍의 봉(132)은 타단부가 각각 함몰부(124)의 내벽을 향해 연장한다. 봉(132)의 타단부는 함몰부(124)의 내벽에 접촉할 경우에 접촉 면적을 줄이기 위해 뾰족하게 형성된다.

점접촉부(134)는 중앙에 봉을 관통 수용하는 개공부(135)를 포함한다. 점접촉부(134)는 한 쌍의 봉(132)의 타단부에 인접하게, 구체적으로는 함몰부(124) 내의 타단부에 각각 하나씩 장착된다.

이하, 점접촉부(134)의 형상은 도 3 및 4에 나타낸 형상과 유사하므로 상세한 설명은 생략한다.

마찬가지로, 연결프레임(136)은 도 1 및 2에 나타낸 형상과 유사하므로 상세한 설명은 생략한다.

도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 액화가스탱크(100)의 구성을 나타내는 단면도이다. 도시한 바와 같이, 내부탱크(120)는 내부공간부(122)를 관통하는 중공관 형태인 함몰부(124)를 포함한다.

내부탱크지지프레임(130)은 함몰부(124)를 관통하는 와이어(132'), 와이어(132')가 통과하는 개공부(135)를 가진 점접촉부(134') 및 일측이 외부탱크(110)에 지지되고 타측이 중공관 형상의 함몰부(124) 양단부를 향해 연장하는 연결프레임(136)을 포함한다.

와이어(132')는 열전도율 낮고 강도 높고 연신율이 낮은 재료로 제작된다. 와이어(132')는 양단부가 연결프레임(136)의 타측에 고정 지지된다. 와이어(132')는 함몰부(124) 내부를 비접촉 상태로 관통한다. 와이어(132')는 함몰부(124)의 양단부 측에 삽입된 한 쌍의 점접촉부(134')의 개공부(135)를 통과하면서 접촉하여 내부탱크(120)의 하중을 지지한다. 이때, 와이어(132')의 직경은 개공부(135)의 직경보다 작게 함으로써 와이어(132')가 점접촉부(134')의 개공부(135)에 접촉하는 면적을 최소한으로 할 수 있다.

도 7은 도 6의 점접촉부(134')의 구성을 나타내는 단면도이다. 도시한 바와 같이, 점접촉부(134')는 4각 단면 형상으로 중앙에 와이어(132')를 관통 수용하는 개공부(135)를 포함한다. 점접촉부(134')는 중공관 형태의 함몰부(124) 양단부 내의 각각 하나씩 장착된다. 물론 점접촉부(134')는 3개 이상이 장착될 수도 있다. 점접촉부(134')는 다른 형태의 다각판재, 별형 판재, 외주연에 돌기를 가진 원형 또는 비원형 판재 등으로 구현될 수 있다. 점접촉부(134')는 외주연에서 중앙의 개공부(135)를 향해 점차 두께가 감소되게 형성하는 것이 바람직하다. 결과적으로, 점접촉부(134')의 개공부(135)는 폭이 좁고 가는 내주연을 가질 수 있어, 통과하는 와이어(132')와의 접촉 면적을 최소화할 수 있다. 개공부(135)의 내경은 와이어(132')의 외경보다 큰 것이 바람직하다.

이하, 연결프레임(136)은 도 1 및 2에 나타낸 형상과 유사하므로 상세한 설명은 생략한다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 점접촉부(134")의 구조를 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이 점접촉부(134")는 3각형상의 판재 중앙에 형성된 개공부(135)를 포함한다. 개공부(135)는 삼각단면의 삼각봉(132")을 수용한다. 삼각봉(132")의 꼭지점은 개공(135)의 내주연에 점접촉함으로써 접촉면적을 확실하게 줄일 수 있다.

도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 액화가스탱크(100)의 제조과정을 나타내는 모식도이다.

도 9a에 나타낸 바와 같이, 도 2의 내부탱크(120)의 내부공간(122) 형상의 모형체(220)의 외면에 열경화성 수지 또는 열가소성 수지를 매트릭스 수지로 하고 유리섬유(G.F) 및/또는 탄소섬유(C.F) 등을 강화섬유로 첨가한 재료를 분사도포한 후, 가열 및 건조한다.

도 9b에 나타낸 바와 같이, 모형체(220)는 봉(132)을 끼우는 구멍(222)을 통해서 솔벤트로 용해되어 외부 배출된다. 결과적으로 내부가 빈 내부탱크체(224)가 제조된다. 이와 같은 방법을 이용하면 내부탱크체(224)는 어떠한 형상이라도 모형체(220)에 의해 만들어질 수 있다.

도 9a 및 9b에 나타낸 방법 외에 3D프린터를 이용하여 내부탱크체(224)를 제조하는 것도 가능하다.

9c에 나타낸 바와 같이, 내부탱크체(224)의 구멍(222)을 통해 중공관 형태의 관(226)을 삽입한 후 에폭시 또는 합성수지계 접착제를 이용하여 밀봉 접착한다.

9d에 나타낸 바와 같이, 관(226) 내에 3개의 점접촉부(134)를 가진 봉(132)을 삽입한다.

이후. 연결프레임(136)을 이용하여 봉(132)의 양단과 외부탱크(110)에 결합한다. 이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액화가스탱크(100)는 간단한 방법으로 다양한 구조로 제작될 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 한정된 예시적 실시예와 도면을 통해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 예시적 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

그러므로 본 발명의 범위는 설명된 예시적 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100: 액화가스탱크
110: 외부탱크
120: 내부탱크
124: 함몰부
130: 내부탱크지지프레임
132: 봉
134: 점접촉부
136: 연결프레임

Claims

액화가스를 저장하는 액화가스탱크에 있어서,
외부탱크와;
상기 외부탱크 내에 진공공간을 두고 배치되며, 상기 액화가스가 채워지는 내부공간부 및 상기 내부공간부를 지나는 적어도 하나의 함몰부를 가진 내부탱크와;
일측이 상기 외부탱크에 연결되고 타측이 상기 함몰부에 점접촉하는 내부탱크지지프레임을 포함하며,
상기 내부탱크지지프레임은,
상기 함몰부를 관통하는 봉 또는 와이어와;
상기 봉 또는 와이어에 결합되어 상기 함몰부의 내벽에 점접촉하는 적어도 하나의 점접촉부와;
상기 봉 또는 와이어와 상기 외부탱크를 연결하는 연결프레임을 포함하며,
상기 연결프레임은,
상기 봉 또는 와이어의 양단에 결합되고 상기 내부탱크의 외면에 간격을 두고 각각 서로 반대방향으로 둘러싸는 한 쌍의 아치형 내부연결부와;
상기 외부탱크로부터 돌출하여 상기 한 쌍의 아치형 내부연결부에 각각 결합되는 한 쌍의 아치형 외부연결부를 포함하며,
상기 한 쌍의 아치형 내부연결부와 한 쌍의 아치형 외부연결부는 각각 볼록부분을 서로 맞대어 결합되는 것을 특징으로 하는 액화가스탱크.
제 1항에 있어서,
상기 내부탱크지지프레임의 타측은 다수의 꼭지점을 가진 다면체, 다수의 돌출부를 가진 구형체, 다수의 돌출부를 가진 비구형체 또는 다각판체 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스탱크.
제 1항에 있어서,
상기 함몰부는 상기 내부탱크를 관통하는 중공관을 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스탱크.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 함몰부는,
상기 내부탱크를 관통하지 않고 마주보는 한 쌍의 함몰부로 구성되며,
상기 내부탱크지지프레임은,
일측이 상기 외부탱크에 지지되고 타측이 상기 한 쌍의 함몰부에 접근하는 한 쌍의 연결프레임과;
상기 한 쌍의 연결프레임의 타측에 연결되고 상기 한 쌍의 함몰부에 점접촉하는 한 쌍의 점접촉부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스탱크.