KR102067526B1 - 고체연료탱크 시스템 - Google Patents

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Abstract

고체연료를 저장하고 저장된 고체연료를 연료로 사용하기 위해 변환하는 고체연료탱크 시스템이 개시된다. 고체연료탱크 시스템은 고체연료를 저장하는 고체연료탱크와, 고체연료탱크 내로 공급하여 고체연료를 액체가스 또는 기체가스로 변환시키는 상변환가스를 저장하는 상변환가스탱크, 상변환가스탱크와 고체연료탱크 사이에 배치된 가스공급관, 가스공급관에 배치되어 고체연료탱크 내로 공급되는 상변환가스를 공급 또는 차단하는 상변환가스밸브를 가진 상변환가스공급부와, 상변환가스공급부의 상변환가스 공급에 따라 고체연료로부터 변환된 액체가스 또는 기체가스를 배출하는 가스배출부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 매우 작은 부피로 저장된 고체연료를 효율적으로 변환하여 연료로 사용할 수 있도록 배출하는 것이 가능하다.

Description

고체연료탱크 시스템{A Solid FuelTank System}
본 발명은 대량의 연료를 작은 부피인 고체상태로 저장하고 사용을 위해 효율적으로 배출할 수 있는 고체연료탱크 시스템에 관한 것이다.
연료로 사용되는 기체, 예를 들면 수소가스는 부피가 커서 이를 저장하기 위해서는 큰 부피의 기체탱크가 필요하다. 이러한 큰 부피의 기체탱크의 문제를 해결하기 위해 기체를 저온 및 고압을 통해 액체로 변환하여 저장한 액체탱크가 사용되어 왔다. 그러나 최근 기술의 발전을 통하여 액체를 냉각하여 부피가 더욱 작은 고체연료 또는 고체연료와 액체연료가 혼합된 슬러리형태로 변환하여 저장하는 고체연료탱크가 개발되었다.
기체는 로켓, 자동차, 드론 등의 연료로 사용되는 가장 기본적인 형태이다. 다음으로, 액체는 액체저장탱크로부터 외부로 배출된 후에 기체로 변환되어 사용된다. 그러나 고체연료는 부피는 매우 작게 줄일 수 있지만 고체상태로는 배출할 수 없어 연료로 사용되기 어려운 문제가 있다.
또한, 고체연료탱크는 외부로부터 완전하게 열을 차단할 수 없기 때문에 자연적으로 고체연료가스가 액체가스 또는 기체가스로 증발하기 때문에 장기간 미사용 시에 폭발의 위험이 있다.
본 발명의 목적은 상술한 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로, 고체연료탱크에 저장된 고체연료 또는 고체와 액체의 혼합물을 연료로 사용될 수 있도록 효과적으로 액체 또는 기체로 변환하여 배출할 수 있는 고체연료탱크 시스템을 제공하는데에 있다.
상술한 과제를 달성하기 위한 고체연료탱크 시스템이 개시된다. 고체연료탱크 시스템은 고체연료를 저장하는 고체연료탱크와, 고체연료탱크 내로 공급하여 고체연료를 액체가스 또는 기체가스로 변환시키는 상변환가스를 저장하는 상변환가스탱크, 상변환가스탱크와 고체연료탱크 사이에 배치된 가스공급관, 가스공급관에 배치되어 고체연료탱크 내로 공급되는 상변환가스를 공급 또는 차단하는 상변환가스밸브를 가진 상변환가스공급부와, 상변환가스공급부의 상변환가스 공급에 따라 고체연료로부터 변환된 액체가스 또는 기체가스를 배출하는 가스배출부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 매우 작은 부피로 저장된 고체연료를 효율적으로 변환하여 연료로 사용할 수 있도록 배출하는 것이 가능하다.
고체연료탱크 시스템은 상기 고체연료탱크 내의 열 또는 압력변화에 의해 상기 고체연료가 증발되는 액체가스 또는 기체가스를 상기 상변환가스탱크로 저장하는 증발가스회수부를 더 포함할 수 있다.
상기 증발가스회수부는 상기 고체연료탱크로부터 증발되는 액체가스 또는 기체가스를 상기 상변환가스탱크로 공급 또는 차단하는 증발가스밸브를 포함하며, 상기 고체연료탱크의 내부 온도 또는 압력에 따라 상기 증발가스밸브를 작동시킬 수 있다.
상기 증발가스회수부는 상기 가스배출부의 동작을 감지하고, 감지된 결과에 따라 증발가스밸브를 작동시킬 수 있다.
상기 증발가스회수부는 상기 상변환가스탱크의 상변환가스 잔존량에 따라 상기 증발가스밸브를 작동시킬 수 있다.
본 발명에 따른 고체연료탱크 시스템은 외부로부터 고체연료탱크에 전달되는 열에 의해 기화된 기화가스를 외부로 배출하여 저장한 후에, 이를 고체연료탱크에 피드백 주입하여 고체연료를 액체 또는 기체로 변환하여 배출함으로써 고체연료의 효율적인 사용 및 고체연료탱크의 압력 증가로 인한 폭발 위험의 방지가 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고체연료탱크 시스템의 모식도이다.
이하 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 고체연료탱크 시스템(100)을 상세히 설명하기로 한다.
고체연료탱크 시스템(100)은 고체연료를 저장하는 고체연료탱크(110), 상기 고체연료탱크(110) 내의 고체가스를 액체가스 또는 기체가스로 변환하는 상변환가스를 저장하는 상변환가스탱크(120), 상변환가스탱크(120)와 고체연료탱크(110) 사이에 배치된 가스공급관(132), 가스공급관(132)에 배치되어 고체연료탱크(110) 내로 공급되는 상변환가스를 공급 또는 차단하는 상변환가스밸브(134), 및 상변환가스밸브(134)를 조절하는 상변환가스제어부(136)를 가진 상변환가스공급부(130), 상변환가스공급부(130)에 의한 상변환가스 공급에 따라 고체연료로부터 변환된 액체가스 또는 기체가스를 배출하는 가스배출관(142), 및 가스배출관(142)에 배치되어 변환된 액체가스 또는 기체가스를 공급 또는 차단하는 가스배출밸브(144)를 가진 가스배출부(140)를 포함한다.
고체연료탱크(110)는 내부에 고체가스의 저장공간을 가지도록 금속용기 또는 수지용기로 제작된다. 고체연료탱크(110)는 외부탱크(112)와 외부탱크(112) 내부에 간격을 두고 지지된 내부탱크(114)로 구성된 이중탱크 형태로 구성된다. 도 1의 고체연료탱크(110)에서 내부탱크(114)를 외부탱크(112)를 지지하는 구조는 설명의 편의상 생략하였다. 또한, 고체연료탱크(110)는 이중탱크 구조 외에도 단일 구조의 탱크도 사용가능하다. 내부탱크(114)에 저장되는 고체연료(SG)는 예를 들면 고체수소(SH2), 고체질소(SN2), 고체산소(SO2), 고체아르곤(SAr) 등 온도를 낮추고 압력을 높여서 고체화될 수 있는 모든 인화성 연료를 포함한다. 고체연료탱크(110) 내의 고체연료(SG)는 압력이 낮아지면 순간적으로 상변환 및 상평형에 의하여 액체(LG) 또는 기체(G)로 변환될 수 있다.
고체연료탱크(110)는 내부탱크(114)에 존재하는 증발가스를 상변환가스탱크로 전달하는 증발가스관(122), 흡입되는 증발가스를 차단 또는 공급하는 증발가스밸브(124) 및 증발가스밸브(124)를 조절하는 증발가스회수부(126)를 더 포함한다. 상변환가스탱크(120)는 증발가스관(122)을 통해 고체연료탱크(110)와 연결되어 있다. 증발가스회수부(126)는 고체연료탱크(110) 내에서 자연적으로 증발된 증발가스를 흡입하여 상변환가스탱크(120)에 저장한다. 흡입되는 증발가스는 외부로부터 고체연료탱크(110)의 내부탱크(114)로 전달되는 기화열, 대류열 및 전도열, 그리고 압력변환에 의해 증발된 액체가스 또는 기체가스이다.
내부탱크(114)와 상변환가스탱크(120) 사이의 압력 차이에 의해 내부탱크(114)의 증발가스는 증발가스밸브(124)를 열면 자연적으로 상변환가스탱크(120)로 흡입된다. 증발가스회수부(126)는 증발가스밸브(124)를 제어하는 증발가스밸브제어회로(미도시)를 포함한다. 증발가스밸브제어회로는 내부탱크(114)에 설치된 압력센서(미도시) 및/또는 온도센서(미도시)에 의해 내부온도 또는 압력을 파악한 후에 증발가스밸브(124)를 제어한다. 상변환가스탱크(120) 내의 상변환가스는 도 1에 나타낸 바와 같이 고체연료탱크(110) 내에서 기화된 증발가스 또는 외부에서 주입한 상변환가스, 그 혼합일 수 있다. 필요에 따라 고체연료탱크(110)의 증발가스를 흡입하지 않고 별도로 주입하는 것도 가능하다. 필요에 따라 상변환가스를 공급하여 변환된 증발가스를 흡입하여 상변환가스로 저장할 수도 있다. 증발가스회수부(126)는 상변환가스공급부(130)의 동작, 예를 들면 상변환가스밸브(134)의 동작을 감지하고, 상변환가스밸브(134)가 차단 상태를 유지하고 고체연료탱크(110)의 내부 온도나 압력이 소정 범위를 초과하면 증발가스밸브(124)를 개방시킨다. 다른 방법으로, 증발가스회수부(126)는 가스배출부(140)의 동작, 예를 들면 가스배출밸브(144)의 동작을 감지하고, 가스배출밸부(144)가 차단 상태를 유지하고 고체연료탱크(110)의 내부 온도나 압력이 소정 범위를 초과하면 증발가스밸브(124)를 개방시킨다. 필요에 따라, 증발가스회수부(126)는 상변환가스탱크(120)의 상변환가스 잔존량이 소정 값 이하로 내려가면 가스배출부(140)의 동작이나 상변환가스공급부(130)의 동작에 상관없이 증발가스밸브(124)를 개방시켜 증발가스를 상변환가스탱크(120)에 충전할 수 있다.
상변환가스공급부(130)는 상변환가스탱크(120)에 저장된 상변환가스를 고체연료탱크의 내부탱크(114)로 공급하여 일시적으로 고체연료를 액화 또는 기화시킨다. 즉, 내부탱크(114) 내의 압력을 주입된 상변환가스만큼 낮추어 고체연료를 순간적으로 소정량만큼 액화 또는 기화시킨다.
가스공급관(132)은 상변환가스탱크(120)와 고체연료탱크(110)의 내부탱크(114) 사이를 연결하는 통로로서 상변환가스탱크(120) 내의 상변환가스를 내부탱크(114)로 펌핑하여 분사한다.
상변환가스밸브(134)는 가스공급관(132)에 설치된다. 상변환가스밸브(134)는 상변환가스제어부(136)에 의해 조절되어 상변환가스탱크(120)로부터 내부탱크(114)로 전달되는 상변환가스를 차단 또는 공급한다.
상변환가스제어부(136)는 가스 사용처인 가스엔진 또는 연료전지(미도시)에 액화가스 또는 기화가스를 공급하는 연료탱크(150)에의 충전에 연동하여 상변환가스탱크(120)로부터 내부탱크(114)로 상변환가스를 공급한다. 상변환가스제어부(136)는 압축펌프(미도시) 및 공급밸브제어회로(미도시)를 포함한다.
가스배출부(140)는 상변환가스공급부(130)의 상변환가스 공급에 의해 고체연료로부터 변환된 액체가스 또는 기체가스를 배출한다.
가스배출관(142)은 내부탱크(114)로부터 가스연료엔진의 연료탱크(150)로 액체가스 또는 기체가스를 전달한다. 가스배출밸브(144)는 가스배출관(142)에 배치되어 변환된 액체가스 또는 기체가스를 공급 또는 차단한다.
이하, 고체연료탱크 시스템(100)의 동작을 설명하면 다음과 같다.
가스연료엔진 또는 연료전지의 연료탱크(150)에 충전된 기체가스 또는 액체가스가 소정 범위 이하에 도달하면, 상변환가스밸브(134)를 열고 상변환가스탱크(120)에 저장된 상변환가스를 고체연료탱크(110)의 내부탱크(114)에 강제 주입한다. 동시에 가스배출밸브(144)를 열어 내부탱크(114)에서 변환된 액체가스나 기체가스를 연료탱크(150)로 공급한다. 이때, 연료탱크(150)에 충분히 충전되면 동시에 가스배출밸브(144)와 상변환가스밸브(134)를 차단한다. 이어서, 증발가스밸브(124)를 열어 내부탱크(114)에 포함된 증발가스를 상변환가스탱크(120)로 흡입한다. 내부탱크(114)에 포함된 증발가스가 모두 흡입되면 증발가스밸브(124)를 차단한다. 상변환가스탱크(120)로의 증발가스흡입은 반드시 연료탱크(150)의 충전에 연동할 필요는 없고 필요에 따라 주기적으로 수행하거나 고체연료탱크 내의 압력센서 및/또는 온도센서에 의해 감지하여 수행한다.
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: 고체연료탱크 시스템
110: 고체연료탱크
112: 외부탱크
114: 내부탱크
120: 상변환가스탱크
122: 증발가스관
124: 증발가스밸브
126: 증발가스제어부
130: 상변환가스공급부
132: 가스공급관
134: 상변환가스밸브
136: 상변환가스제어부
140: 가스배출부
142: 가스배출관
150: 연료탱크

Claims (5)

  1. 고체연료를 저장하는 고체연료탱크와;
    상기 고체연료탱크 내로 공급하여 상기 고체연료를 액체가스 또는 기체가스로 변환시키는 상변환가스를 저장하는 상변환가스탱크, 상기 상변환가스탱크와 상기 고체연료탱크 사이에 배치된 가스공급관, 상기 가스공급관에 배치되어 상기 고체연료탱크 내로 공급되는 상변환가스를 공급 또는 차단하는 상변환가스밸브를 가진 상변환가스공급부와;
    상기 상변환가스공급부의 상변환가스 공급에 따라 상기 고체연료로부터 변환된 액체가스 또는 기체가스를 배출하는 가스배출부와;
    상기 고체연료탱크 내의 열 또는 압력변화에 의해 상기 고체연료로부터 상변환되는 액체가스 또는 기체가스를 회수하는 증발가스회수부와;
    상기 고체연료탱크와 상기 상변환가스탱크 사이에 상기 고체연료로부터 상변환되는 액체가스 또는 기체가스를 공급 또는 차단하는 증발가스밸브를 포함하며,
    상기 증발가스회수부는,
    상기 고체연료탱크의 내부 온도 또는 압력에 따라 상기 증발가스밸브를 작동시키며,
    상기 가스배출부의 동작을 감지하고, 감지된 결과에 따라 상기 증발가스밸브를 작동시키며,
    상기 상변환가스탱크의 상변환가스 잔존량에 따라 상기 증발가스밸브를 작동시키는 것을 특징으로 하는 고체연료탱크 시스템.
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