KR102144518B1 - Cryogenic storage system for storing liquefied hydrogen - Google Patents

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배진호
황재식
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Abstract

The present invention relates to a liquefied hydrogen storage apparatus which is able to manufacture an internal wall of a tank storing liquefied hydrogen by using hydrogen storage alloy, to prevent the hydrogen bromination phenomenon, to discharge the boil off gas (BOG) generated in the tank to the outside of the tank, to collect and store the BOG in a separate storage unit made by using the hydrogen storage alloy, to prevent the BOG from leaking to the outside, and to reuse the BOG. According to the present invention, the liquefied hydrogen storage apparatus comprises: a storage tank storing liquefied hydrogen; an insulation tank installed to wrap around an external side of the storage tank to store the storage tank with the liquefied nitrogen inside; a buffer unit which includes a hydrogen collection member made of hydrogen storage alloy for absorbing and storing naturally gasified hydrogen gas discharged from the storage tank, and a support member supporting the hydrogen collection member against the insulation tank; and a hydrogen discharge control unit which controls the discharge of the hydrogen gas from the storage tank to the buffer unit.

Description

액화수소 저장장치{Cryogenic storage system for storing liquefied hydrogen}Cryogenic storage system for storing liquefied hydrogen}

본 발명은 액화수소를 수송하기 위한 저장장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액화수소를 수송하는 선박이나 액화수소 추진 선박, 액화수소 운반 트레일러, 수소 발전소 등에서 극저온 상태의 액화수소를 안정적으로 저장할 수 있도록 된 것으로, 탱크 내에서 외기 온도 침입에 의한 액화수소의 자연 기화를 최소화하고, 자연 기화된 가스(BOG: Boil off gas)를 탱크 외부로 배출하여 수소저장합금을 적용한 별도의 저장부에 저장할 수 있도록 한 액화수소 저장장치에 관한 것이다. The present invention relates to a storage device for transporting liquefied hydrogen, and more particularly, to stably store liquefied hydrogen in cryogenic conditions in a ship transporting liquefied hydrogen, a liquefied hydrogen propulsion ship, a liquefied hydrogen transport trailer, or a hydrogen power plant. In order to minimize the natural vaporization of liquefied hydrogen due to intrusion of ambient temperature inside the tank, and to discharge the boil off gas (BOG) to the outside of the tank, it can be stored in a separate storage unit to which a hydrogen storage alloy is applied. It relates to a liquid hydrogen storage device.

수소는 연료생성물이 물로만 구성되어 있어 종래의 중유, 경유, 천연가스 등에서 발생하는 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx), 이산화탄소(CO2)등의 환경오염에 대한 우려를 피할 수 있을 뿐만 아니라 지구상에 가장 많이 존재하고 있는 물로부터 생성할 수 있기 때문에 미래의 친환경 연료로 주목받고 있다. 뿐만 아니라 화석연료, 천연가스의 대량의 매장량을 지닌 산유국들의 입김은 전 세계적인 영향을 끼치기에 수소 생산 기술 확보는 산유국의 에너지 의존을 저감시키는 방안으로 알려졌다.Hydrogen is a fuel product composed only of water, so it not only avoids concerns about environmental pollution such as sulfur oxide (SOx), nitrogen oxide (NOx), carbon dioxide (CO2), etc., generated from conventional heavy oil, diesel, and natural gas. It is attracting attention as an eco-friendly fuel in the future because it can be generated from the water that exists most on the planet. In addition, since the breath of oil-producing countries with large reserves of fossil fuels and natural gas has a global impact, securing hydrogen production technology is known as a way to reduce dependence on energy in oil-producing countries.

하지만, 수소에너지는 풍력발전소, 수력발전소 등의 자연에너지를 활용하여 생산하며, 결국 고도의 기술이 요구되는 기술 집약체로 구분된다. 이로 인해 수소에너지 운반선을 통한 각국의 조달은 필수불가결하며, 수소 운반선이 현 시점의 문제를 해결하기 위한 최선책으로 알려졌다. 수소 운반선에 적용되는 기술로서, 수소를 고압으로 압축하는 방안, -253℃로 액화하여 액화수소로 저장하는 방안, 및 수소저장합금을 이용하는 방안의 3가지 방안이 널리 사용되고 있다. However, hydrogen energy is produced by utilizing natural energy such as wind power plants and hydroelectric power plants, and eventually, it is classified as a technology intensive body requiring advanced technology. For this reason, procurement from each country through hydrogen energy carriers is indispensable, and hydrogen carriers are known to be the best way to solve the current problems. As a technology applied to a hydrogen carrier, three methods are widely used: a method of compressing hydrogen at high pressure, a method of liquefying it at -253°C and storing it as liquefied hydrogen, and a method of using a hydrogen storage alloy.

고압으로 압축된 수소(고압수소)는 부피효율이 개선되나, 압축을 위해 사용되는 부가적인 장비와 함께 고압환경에 견딜 수 있는 구조안전성이 요구된다. 액화수소는 외부 공기 및 해수의 온도와 접촉 시 발생하는 자연기화가스(BOG: Boil off gas)의 생성을 방지하기 위해 단열시스템의 열전도 성능 및 운항 중 발생하는 선박의 운동성에 의한 하중을 견디는 기계적 성능 확보 역시 요구되고 있다. Hydrogen compressed at high pressure (high pressure hydrogen) improves volumetric efficiency, but structural safety that can withstand high pressure environments is required along with additional equipment used for compression. Liquefied hydrogen is the thermal conduction performance of the thermal insulation system to prevent the generation of boil off gas (BOG) generated when it comes into contact with the temperature of outside air and seawater, and the mechanical performance to withstand the load caused by the movement of the ship during operation. Securing is also required.

고압수소 및 액화수소는 완벽한 액체 상태를 유지시키기가 어려워 자연기화가스(BOG)가 지속적으로 생성된다. 기화된 수소는 수소취화라는 치명적인 문제를 탱크의 내벽 금속재료에 야기시킬 수 있다. 수소취화가 일어날 경우 내벽 금속재료의 기계적 강도가 저하되고, 강도가 저하된 내벽은 유체 슬로싱의 충격을 견디지 못해 유출 및 수소 폭발이 발생할 수 있는 재해를 일으켜서 수소운반선 혹은 수소운반 트레일러의 구조 안전성 문제를 야기할 수 있다. 또한 기화된 수소는 경제적 손실뿐만 아니라 수소저장용기의 안정성 문제를 야기할 수 있기 때문에 기화된 수소 가스를 적절하게 처리할 필요가 있다. It is difficult to maintain a perfect liquid state for high-pressure hydrogen and liquefied hydrogen, so that natural vaporized gas (BOG) is continuously generated. Vaporized hydrogen can cause a fatal problem of hydrogen embrittlement on the metallic material inside the tank. When hydrogen embrittlement occurs, the mechanical strength of the inner wall metal material decreases, and the inner wall whose strength decreases cannot withstand the impact of fluid sloshing, causing a disaster that may result in leakage and hydrogen explosion, which is a structural safety problem of a hydrogen carrier or a hydrogen carrier trailer. Can cause. In addition, since vaporized hydrogen may cause economic loss as well as stability problems of the hydrogen storage container, it is necessary to appropriately treat the vaporized hydrogen gas.

이에 탱크 내에서 발생하는 자연기화가스(BOG: Boil off gas)를 전량 외부로 배출하거나, 추진연료로 재사용하는 방안, 재액화하는 방안 등이 연구되고 있다.Accordingly, research is being conducted on ways to discharge all of the BOG (boil off gas) generated in the tank to the outside, reuse as propulsion fuel, and re-liquefy.

그러나 자연기화가스(BOG)를 전량 대기중으로 방출하는 경우 수소 가스의 낭비로 인한 경제적 손실이 뒤따르며, 자연기화가스를 다시 추진연료로 재사용하고자 하는 경우에는 추가적인 배관 설치와 시설 탑재, 엔진과의 결합 문제 등으로 인하여 실제 적용이 어려운 문제가 있다. 또한 재액화하는 방안 역시 많은 추가적인 설비가 요구되어 경제성 및 실용성이 낮아 적용이 어려운 실정이다. However, if all BOG is discharged into the atmosphere, there is an economic loss due to the waste of hydrogen gas, and if the natural gaseous gas is to be reused as propulsion fuel, additional piping is installed, facilities are installed, and the engine is combined. There is a problem that is difficult to apply in practice due to problems, etc. In addition, the re-liquefaction method is also difficult to apply due to the low economic feasibility and practicality as many additional facilities are required.

대한민국 공개특허 제10-2002-0058671호(2002.07.12. 공개)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2002-0058671 (published on July 12, 2002) 대한민국 공개특허 제10-2018-0095527호(2018.08.27. 공개)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2018-0095527 (published on August 27, 2018) 대한민국 등록특허 제10-1744284호(2017.05.31. 등록)Korean Patent Registration No. 10-1744284 (registered on May 31, 2017)

본 발명의 목적은 액화수소를 저장하는 탱크의 내벽을 수소저장합금으로 제작하여 수소취화 현상을 방지하고, 탱크 내에서 발생한 자연기화가스(BOG: Boil off gas)를 탱크 외부로 배출하여 수소저장합금을 적용한 별도의 저장부에 포집하여 저장함으로써 자연기화가스의 외부 유출을 방지하고 재사용할 수 있는 액화수소 저장장치에 관한 것이다. An object of the present invention is to prevent hydrogen embrittlement by making the inner wall of a tank storing liquefied hydrogen with a hydrogen storage alloy, and to discharge a boil off gas (BOG) generated in the tank to the outside of the tank It relates to a liquefied hydrogen storage device that can be reused and prevented outflow of natural vaporized gas by collecting and storing in a separate storage unit to which is applied.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액화수소 저장장치는, 액화수소를 저장하는 저장탱크; 상기 저장탱크의 외측을 둘러싸도록 설치되며, 내부에 상기 저장탱크가 담겨지는 액화질소가 저장된 단열탱크; 상기 저장탱크에서 배출되는 자연 기화된 수소 가스를 흡수하여 저장하는 수소저장합금으로 된 수소포집부재와, 상기 수소포집부재를 단열탱크에 대해 지지하는 지지부재를 포함하는 버퍼부; 및, 상기 저장탱크로부터 상기 버퍼부로의 수소 가스 배출을 제어하는 수소배출제어부;를 포함한다. Liquefied hydrogen storage device according to the present invention for achieving the above object, a storage tank for storing liquefied hydrogen; An insulating tank installed to surround the outside of the storage tank and storing liquid nitrogen in which the storage tank is contained; A buffer unit including a hydrogen collecting member made of a hydrogen storage alloy for absorbing and storing naturally vaporized hydrogen gas discharged from the storage tank, and a support member supporting the hydrogen collecting member with respect to the heat insulating tank; And a hydrogen discharge control unit for controlling discharge of hydrogen gas from the storage tank to the buffer unit.

상기 버퍼부는 상기 단열탱크의 내부의 상부에 설치될 수 있다. The buffer unit may be installed on the inside of the heat insulation tank.

상기 지지부재는 상기 단열탱크의 상부를 가로지르도록 설치되는 평판 형태의 상부 지지부재와, 상기 상부 지지부재의 하측에 상부 지지부재와 일정 거리 이격되어 나란하게 설치되는 평판 형태의 하부 지지부재를 포함하며; 상기 수소포집부재는 평판 형태로 되어 상기 상부 지지부재와 하부 지지부재 사이에서 상부 지지부재와 하부 지지부재에 대해 일정 거리 이격된 상태로 지지된다. The support member includes an upper support member in the form of a flat plate installed so as to cross the upper portion of the heat insulating tank, and a lower support member in the form of a flat plate installed in parallel with the upper support member at a predetermined distance below the upper support member. And; The hydrogen collecting member has a flat plate shape and is supported between the upper support member and the lower support member at a predetermined distance from the upper support member and the lower support member.

상기 상부 지지부재와 하부 지지부재의 양측 가장자리 부분에 상기 수소포집부재의 양측 가장자리를 지지하는 상부 지지리브와 하부 지지리브가 각각 하측 및 상측으로 돌출되게 형성될 수 있다. Upper support ribs and lower support ribs supporting both edges of the hydrogen collecting member may be formed to protrude downward and upward, respectively, at both edge portions of the upper support member and the lower support member.

상기 수소포집부재의 양측 가장자리의 상부면과 하부면 각각에 상기 상부 지지리브와 하부 지지리브가 삽입되는 상부 가이드홈과 하부 가이드홈이 수소포집부재의 길이방향을 따라 연장되게 형성되어, 상기 수소포집부재가 수소를 흡수하여 팽창할 때 상기 상부 지지리브와 하부 지지리브의 안내를 받으면서 일방향으로 팽창한다. The upper and lower guide grooves into which the upper and lower support ribs are inserted are formed to extend along the longitudinal direction of the hydrogen collecting member on the upper and lower surfaces of both edges of the hydrogen collecting member, respectively, and the hydrogen collecting member When the hydrogen absorbs and expands, it expands in one direction while being guided by the upper and lower support ribs.

본 발명의 액화수소 저장장치는, 상기 상부 지지부재와 하부 지지부재는 관통하면서 상부 지지부재와 하부 지지부재를 연결하여 기화된 질소 가스를 상부 지지부재의 상측으로 유도하는 바이패스유닛과, 상기 단열탱크의 상부면에 외부와 연통되게 설치되어 상기 바이패스유닛을 통해 상부 지지부재의 상측 공간으로 유도된 질소 가스를 외부로 배출하는 질소배출관 및, 상기 질소배출관을 통한 질소 가스의 배출을 제어하는 밸브를 더 포함할 수 있다.The liquefied hydrogen storage device of the present invention includes a bypass unit for guiding vaporized nitrogen gas to the upper side of the upper support member by connecting the upper support member and the lower support member while passing through the upper support member and the lower support member, and the heat insulation. A nitrogen discharge pipe installed in communication with the outside on the upper surface of the tank to discharge nitrogen gas guided to the upper space of the upper support member through the bypass unit to the outside, and a valve that controls the discharge of nitrogen gas through the nitrogen discharge pipe It may further include.

상기 바이패스유닛은 상기 상부 지지부재와 하부 지지부재의 사이에 상하방향으로 연장되게 형성되며 내주면 또는 외주면에 나사산이 형성되어 있는 중공관 형태의 가스가이드튜브와, 상기 가스가이드튜브의 나사산과 대응하여 나선 결합하는 나사부와 상기 가스가이드튜브의 중공과 연통되는 관통공이 상하로 관통되게 형성되어 상기 상부 지지부재의 상측 또는 상기 하부 지지부재의 하측에서 상기 가스가이드튜브에 결합되는 체결부재를 포함할 수 있다. The bypass unit is formed to extend in a vertical direction between the upper support member and the lower support member and corresponds to a hollow tube-shaped gas guide tube having a thread formed on an inner or outer circumferential surface, and a thread of the gas guide tube. It may include a fastening member coupled to the gas guide tube from the upper side of the upper support member or the lower side of the lower support member by forming a screw portion to be helically coupled and a through hole communicating with the hollow of the gas guide tube vertically. .

상기 저장탱크는 수소저장합금으로 될 수 있다. The storage tank may be made of a hydrogen storage alloy.

이 경우 상기 저장탱크의 양측면과 상기 단열탱크의 양측면 사이에 단열탱크에 대해 저장탱크를 팽창 가능하게 지탱하는 탱크 서포트유닛이 설치될 수 있다. In this case, a tank support unit may be installed between both side surfaces of the storage tank and both sides of the insulation tank to support the storage tank in an expandable manner with respect to the insulation tank.

상기 탱크 서포트유닛은, 상기 단열탱크의 양측면에 고정되는 고정지지대와, 상기 저장탱크의 양측면에 상기 고정지지대에 일정량 이동이 가능하게 연결되어 상기 저장탱크의 팽창 및 수축 시 고정지지대에 대해 이동하면서 지지되는 가동지지대를 포함할 수 있다. The tank support unit includes a fixed support fixed to both sides of the insulated tank, and a fixed amount connected to the fixed support on both sides of the storage tank so as to move relative to the fixed support when the storage tank expands and contracts. It may include a movable support.

상기 수소배출제어부는, 상기 저장탱크의 상부와 상기 버퍼부를 연결하여 저장탱크의 수소 가스를 버퍼부로 안내하는 수소가스배출관과, 상기 저장탱크 내부의 압력에 따라 개방 또는 폐쇄되면서 수소가스배출관을 통한 수소 가스의 배출을 제어하는 제어밸브를 포함할 수 있다.The hydrogen discharge control unit includes a hydrogen gas discharge pipe connecting the upper portion of the storage tank and the buffer unit to guide the hydrogen gas of the storage tank to the buffer unit, and hydrogen through the hydrogen gas discharge pipe while being opened or closed according to the pressure inside the storage tank. It may include a control valve for controlling the discharge of gas.

본 발명에 따르면, 액화수소를 저장탱크에 저장하여 운송하는 과정에서 액화수소가 자연 기화되어 수소 가스가 발생할 경우, 수소 가스가 저장탱크 외부에 구성된 버퍼부로 배출되어 수소저장합금으로 된 수소포집부재에 흡수되어 포집되므로 수소 가스의 외부 배출을 위한 별도의 안전 장치를 구성하지 않고도 안전하게 수소 가스를 잔류시킬 수 있으며, 운반 과정에서 저장탱크 내부의 압력을 일정하게 유지할 수 있다. According to the present invention, in the process of storing and transporting liquefied hydrogen in a storage tank, when liquefied hydrogen is spontaneously vaporized to generate hydrogen gas, hydrogen gas is discharged to a buffer unit configured outside the storage tank to be transferred to a hydrogen collecting member made of a hydrogen storage alloy. Since it is absorbed and collected, hydrogen gas can be safely left without configuring a separate safety device for external discharge of hydrogen gas, and the pressure inside the storage tank can be kept constant during the transport process.

또한 저장탱크의 외측에 극저온의 액화질소가 채워져서 단열 효과를 제공하므로 액화수소의 자연기화율을 최소화할 수 있는 효과도 있다.In addition, since cryogenic liquid nitrogen is filled outside the storage tank to provide an insulating effect, there is an effect of minimizing the natural vaporization rate of liquid hydrogen.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화수소 저장장치의 정면에서 본 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 액화수소 저장장치의 측면에서 본 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 액화수소 저장장치의 버퍼부의 구성을 나타낸 입체 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 액화수소 저장장치의 바이패스유닛의 구성을 나타낸 분해 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 바이패스유닛의 단면도이다.
1 is a front cross-sectional view of a liquid hydrogen storage device according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of the liquid hydrogen storage device shown in FIG. 1 as viewed from the side.
3 is a three-dimensional cross-sectional view showing the configuration of a buffer unit of the liquid hydrogen storage device shown in FIG. 1.
4 is an exploded perspective view showing the configuration of a bypass unit of the liquid hydrogen storage device shown in FIG. 1.
5 is a cross-sectional view of the bypass unit shown in FIG. 4.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.The embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only preferred examples of the disclosed invention, and there may be various modifications that may replace the embodiments and drawings of the present specification at the time of filing of the present application.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 액화수소 저장장치를 후술된 실시예들에 따라 구체적으로 설명하도록 한다. 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다. Hereinafter, a liquid hydrogen storage device will be described in detail according to embodiments described below with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals indicate the same components.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액화수소 저장장치는, 액화수소(LH2)를 저장하는 저장탱크(10), 상기 저장탱크(10)의 외측을 둘러싸도록 설치되며 내부에 상기 저장탱크(10)가 담겨지는 액화질소(LN2)가 저장된 단열탱크(20), 상기 저장탱크(10)에서 배출되는 자연 기화된 수소 가스를 흡수하여 저장하는 버퍼부(30), 및 상기 저장탱크(10)로부터 상기 버퍼부(30)로의 수소 가스 배출을 제어하는 수소배출제어부를 포함한다. 1 to 5, a liquefied hydrogen storage device according to an embodiment of the present invention includes a storage tank 10 for storing liquefied hydrogen (LH 2 ), and is installed to surround the outside of the storage tank 10 Insulation tank 20 in which liquefied nitrogen (LN 2 ) is stored therein, and buffer unit 30 for absorbing and storing naturally vaporized hydrogen gas discharged from the storage tank 10 And a hydrogen discharge control part for controlling discharge of hydrogen gas from the storage tank 10 to the buffer part 30.

상기 저장탱크(10)는 -253℃ 이하의 극저온 액화수소(LH2)를 저장하는 용기를 이루는 것으로, 극저온 저항성이 우수한 금속인 SUS 304L, Stainless, Aluminium 등으로 이루어질 수 있으나, 수소를 흡수하여 저장할 수 있는 수소저장합금으로 이루어질 수 있다. 수소저장합금은 금속 결정 내 격자에 원자상의 수소가 침투하여 금속수소화물(MHn)을 형성하는 재료로서, 기계적 성능을 저감시키는 수소취화에 대한 우려가 없는 이점이 있다. 수소가스의 밀도가 상온 70MPa에서 40g/L, 액체수소의 밀도가 21K·대기압에서 70g/L인 것에 반해 금속수소화물의 수소밀도는 체적밀도로90g/L이며 질량밀도로 1.4mass% 이기 때문에 100atm 기준으로 기체 수소보다 15배, 액체수소보다 2배 정도의 수소 저장 능력을 가지고 있으며 수소저장 시 안정 상태로 돌입하여 기체 수소의 누출로 인한 폭발의 위험이 전혀 없다.The storage tank 10 constitutes a container for storing cryogenic liquefied hydrogen (LH 2 ) below -253°C, and may be made of SUS 304L, stainless steel, aluminum, etc., which are metals having excellent cryogenic resistance, but absorbs and stores hydrogen. It can be made of a hydrogen storage alloy. A hydrogen storage alloy is a material in which atomic hydrogen penetrates into a lattice in a metal crystal to form a metal hydride (MHn), and has an advantage that there is no concern about hydrogen embrittlement which reduces mechanical performance. While the density of hydrogen gas is 40g/L at room temperature 70MPa, and the density of liquid hydrogen is 70g/L at 21K and atmospheric pressure, the hydrogen density of metal hydrides is 90g/L in volume density and 1.4mass% in mass density, so 100atm As a standard, it has a hydrogen storage capacity of 15 times that of gaseous hydrogen and twice as much as liquid hydrogen, and there is no risk of explosion due to leakage of gaseous hydrogen as it enters a stable state when storing hydrogen.

상기 저장탱크(10)가 수소저장합금으로 이루어질 경우 저장탱크(10)는 수소를 흡수함에 따라 팽창하며 수소가 방출되면 수축되므로 단열탱크(20)에 대해 유동이 가능하게 지지되는 것이 바람직하다.When the storage tank 10 is made of a hydrogen storage alloy, the storage tank 10 expands as it absorbs hydrogen and contracts when hydrogen is released, so it is preferable that the storage tank 10 is supported so that the flow is possible with respect to the insulation tank 20.

이를 위해 상기 저장탱크(10)의 양측면과 상기 단열탱크(20)의 양측면 사이에 단열탱크(20)에 대해 저장탱크(10)를 팽창 가능하게 지탱하는 탱크 서포트유닛이 설치된다. 이 실시예에서 상기 탱크 서포트유닛은 상기 단열탱크(20)의 양측면에 고정되는 고정지지대(61)와, 상기 저장탱크(10)의 양측면에 상기 고정지지대(61)에 일정량 이동이 가능하게 연결되어 상기 저장탱크(10)의 팽창 및 수축 시 고정지지대(61)에 대해 이동하면서 지지되는 가동지지대(62)를 포함한다. 여기서 상기 고정지지대(61) 및 가동지지대(62)는 대략 'L'자형 단면을 갖는 빔(beam)으로 이루어지며, 고정지지대(61)와 가동지지대(62)가 서로 맞접촉하는 부분은 경사면으로 이루어져, 운반 과정에서 가동지지대(62)가 고정지지대(61)에서 이탈되지 않고 안정적으로 지지될 수 있게 되어 있다. To this end, a tank support unit is installed between both sides of the storage tank 10 and both sides of the insulation tank 20 to support the storage tank 10 in an expandable manner with respect to the insulation tank 20. In this embodiment, the tank support unit is connected to the fixed support 61 fixed to both sides of the heat insulating tank 20 and the fixed support 61 on both sides of the storage tank 10 so that a certain amount of movement is possible. It includes a movable support 62 supported while moving relative to the fixed support 61 when the storage tank 10 is expanded and contracted. Here, the fixed support 61 and the movable support 62 are made of a beam having an approximately'L'-shaped cross-section, and a portion of the fixed support 61 and the movable support 62 in contact with each other is an inclined surface. Consisting of, the movable support 62 can be stably supported without being separated from the fixed support 61 in the process of transport.

상기 단열탱크(20)는 상기 저장탱크(10)를 수용하는 공간을 구비한 대략 직육면체의 구조물로서, 단열탱크(20)의 공간 내부에는 상기 저장탱크(10)가 담겨지는 액화질소(LN2)가 저장된다. 상기 액화질소(LN2)는 -192℃의 온도를 가지면서 저장탱크(10)의 외측을 포위하므로 저장탱크(10) 내의 액화수소(-253℃)가 외부 공기로부터 열을 전달받는 것을 방지할 수 있다. 그러나 액화질소(LN2)의 온도가 액화수소(LH2)의 온도보다는 상대적으로 높기 때문에 저장탱크(10) 내에서의 액화수소(LH2)의 자연 기화를 완전히 없앨 수는 없으며, 매우 적은 양이지만 어느 정도의 자연 기화가 수반될 수 밖에 없다. The insulating tank 20 is a substantially rectangular parallelepiped structure having a space for accommodating the storage tank 10, and liquid nitrogen (LN 2 ) in which the storage tank 10 is contained within the space of the insulating tank 20 Is saved. Since the liquid nitrogen (LN 2 ) surrounds the outside of the storage tank 10 while having a temperature of -192°C, it is possible to prevent the liquefied hydrogen (-253°C) in the storage tank 10 from receiving heat from the outside air. I can. However, liquid nitrogen (LN 2) temperature of liquid hydrogen (LH 2) storage tank (10) because of relatively high than the temperature not be completely eliminated liquefied natural vaporization of the hydrogen (LH 2) in the very small amounts of However, a certain degree of natural vaporization is bound to be involved.

상기 단열탱크(20) 내의 액화질소(LN2)가 외부 공기로부터의 열전달에 의해 자연 기화되는 현상을 억제하기 위하여 상기 단열탱크(20)는 극저온 저항성이 우수한 금속의 내부 또는 표면에 단열재 또는 진공단열재를 설치한 구조로 된 것이 바람직하다. In order to suppress the phenomenon that the liquid nitrogen (LN 2 ) in the insulation tank 20 is naturally evaporated by heat transfer from outside air, the insulation tank 20 is an insulation material or vacuum insulation material on the inside or surface of metal having excellent cryogenic resistance. It is preferable to have a structure that is installed.

단열탱크(20)의 상단부에는 덮개(21)가 착탈 가능하게 설치된다. 상기 덮개(21)는 공지의 클램핑 기구나 커플링 기구, 볼트 등의 체결수단(22)에 의해 단열탱크(20)의 상단부에 착탈이 가능하게 고정된다. 상기 덮개(21)에는 외부와 연통되게 설치되어 상기 버퍼부(30)의 상측 공간으로 유도된 질소 가스를 외부로 배출하는 질소배출관(51) 및, 상기 질소배출관(51)을 통한 질소 가스의 배출을 제어하는 밸브(52)가 설치된다. 상기 밸브(52)는 덮개(21) 하측 공간의 압력이 소정의 압력 이상에서 자동으로 개방되는 압력제어밸브를 적용할 수 있다.A cover 21 is detachably installed at the upper end of the insulation tank 20. The cover 21 is detachably fixed to the upper end of the thermal insulation tank 20 by a fastening means 22 such as a known clamping mechanism, a coupling mechanism, or a bolt. The cover 21 is installed in communication with the outside to discharge nitrogen gas guided to the upper space of the buffer unit 30 to the outside, and discharge of nitrogen gas through the nitrogen discharge pipe 51 A valve 52 is installed to control it. The valve 52 may be a pressure control valve that automatically opens when the pressure in the space under the cover 21 is equal to or higher than a predetermined pressure.

단열탱크(20) 내의 액화질소(LN2)는 안전한 가스로서, 액화수소의 운송 과정에서 대부분 기화되어 외부로 배출되는데, 단열탱크(20) 내의 액화질소(LN2)는 운반 과정에서 슬로싱 현상이 발생할 수 있으므로 초기에 액화질소를 보충할 때 저장탱크(10)의 상부까지 충분히 잠길 수 있게 하는 것이 바람직하다. Liquefied nitrogen (LN 2 ) in the insulation tank 20 is a safe gas, and most of it is vaporized and discharged to the outside during the transportation of liquefied hydrogen, and the liquid nitrogen (LN 2 ) in the insulation tank 20 is sloshing during the transportation process. Since this may occur, it is desirable to sufficiently submerge the upper portion of the storage tank 10 when liquid nitrogen is initially replenished.

상기 버퍼부(30)는 상기 단열탱크(20) 내부의 상부에 설치되며, 상기 저장탱크(10)의 상단부에 연결된 수소배출제어부를 통해 기화된 수소 가스를 전달받아 포집하도록 구성된다. 이 실시예에서 상기 수소배출제어부는, 상기 저장탱크(10)의 상부와 상기 버퍼부(30)를 연결하여 저장탱크(10)의 수소 가스를 버퍼부(30)로 안내하는 수소가스배출관(41)과, 상기 저장탱크(10) 내부의 압력에 따라 개방 또는 폐쇄되면서 수소가스배출관(41)을 통한 수소 가스의 배출을 제어하는 제어밸브(42)를 포함한다. The buffer unit 30 is installed above the heat insulating tank 20 and is configured to receive and collect the vaporized hydrogen gas through a hydrogen discharge control unit connected to the upper end of the storage tank 10. In this embodiment, the hydrogen discharge control unit is a hydrogen gas discharge pipe 41 connecting the upper portion of the storage tank 10 and the buffer unit 30 to guide hydrogen gas from the storage tank 10 to the buffer unit 30. ), and a control valve 42 that controls the discharge of hydrogen gas through the hydrogen gas discharge pipe 41 while being opened or closed according to the pressure inside the storage tank 10.

상기 버퍼부(30)는 수소저장합금으로 된 수소포집부재(33)와, 상기 수소포집부재(33)를 단열탱크에 대해 지지하는 지지부재인 상부 지지부재(31)와 하부 지지부재(32)를 포함한다. The buffer unit 30 includes a hydrogen collecting member 33 made of a hydrogen storage alloy, and an upper supporting member 31 and a lower supporting member 32 that are supporting members supporting the hydrogen collecting member 33 against the heat insulating tank. Includes.

상기 상부 지지부재(31)와 하부 지지부재(32)는 극저온 저항성이 우수하고 단열탱크(20) 내부에서 기화된 질소 가스와 수소 가스의 압력을 충분히 견딜 수 있는 높은 강도를 갖는 극저온용 금속으로 이루어진다. 상기 상부 지지부재(31)와 하부 지지부재(32)는 단열탱크(20)의 내부 공간과 대응하는 크기를 갖는 사각형의 평판 형태로 되어 상기 단열탱크(20) 내부의 상부를 가로지르도록 설치된다. 상기 상부 지지부재(31)와 하부 지지부재(32)에 의해 버퍼부(30) 하측의 단열탱크(20)의 내부 공간은 밀폐된 공간을 이루게 된다. The upper support member 31 and the lower support member 32 are made of a cryogenic metal having excellent cryogenic resistance and high strength that can sufficiently withstand the pressure of nitrogen gas and hydrogen gas vaporized in the heat insulation tank 20 . The upper support member 31 and the lower support member 32 are formed in a rectangular flat plate shape having a size corresponding to the inner space of the heat insulation tank 20 and are installed to cross the upper portion of the heat insulation tank 20 . By the upper support member 31 and the lower support member 32, the inner space of the insulating tank 20 under the buffer unit 30 forms a sealed space.

상기 상부 지지부재(31)와 하부 지지부재(32)는 상하로 일정 일정 거리 이격되어 나란하게 설치된다. 상기 하부 지지부재(32)의 중심부는 상기 저장탱크(10)의 상단부와 연결된 수소가스배출관(41)과 연결된다. The upper support member 31 and the lower support member 32 are vertically spaced a predetermined distance apart and installed side by side. The central portion of the lower support member 32 is connected to a hydrogen gas discharge pipe 41 connected to the upper end of the storage tank 10.

상기 수소포집부재(33)는 평판 형태로 되어 상기 상부 지지부재(31)와 하부 지지부재(32) 사이에서 상부 지지부재(31)와 하부 지지부재(32)에 대해 일정 거리 이격된 상태로 지지된다. 이를 위해 도 3에 도시된 것과 같이, 상기 상부 지지부재(31)와 하부 지지부재(32)의 양측 가장자리 부분에 상기 수소포집부재(33)의 양측 가장자리를 지지하는 상부 지지리브(34)와 하부 지지리브(35)가 각각 하측 및 상측으로 돌출되게 형성된다. 또한 상기 수소포집부재(33)의 양측 가장자리의 상부면과 하부면 각각에 상기 상부 지지리브(34)와 하부 지지리브(35)가 삽입되는 상부 가이드홈(33a)과 하부 가이드홈(33b)이 수소포집부재(33)의 길이방향을 따라 연장되게 형성되어, 상기 수소포집부재(33)가 수소를 흡수하여 팽창할 때 상기 상부 지지리브(34)와 하부 지지리브(35)의 안내를 받으면서 일방향으로 팽창하게 된다. 만약 수소포집부재(33)가 상부 지지부재(31)와 하부 지지부재(32)에 대해 상대 이동이 불가능하게 완전히 고정되어 지지되면, 수소저장합금으로 된 수소포집부재(33)가 수소 가스를 흡수하여 팽창할 때 수소포집부재(33)가 소성 변형되는 현상이 발생할 수 있지만, 이 실시예와 같이 수소포집부재(33)가 상부 지지부재(31)와 하부 지지부재(32)에 대해 상대 이동이 가능하게 연결되면 수소포집부재(33)가 수소 가스를 흡수하여 안정적으로 팽창할 수 있게 된다. The hydrogen collecting member 33 is in the form of a flat plate and is supported by a predetermined distance from the upper support member 31 and the lower support member 32 between the upper support member 31 and the lower support member 32 do. To this end, as shown in FIG. 3, upper support ribs 34 and lower portions supporting both edges of the hydrogen collecting member 33 on both edges of the upper support member 31 and the lower support member 32 Support ribs 35 are formed to protrude downward and upward, respectively. In addition, an upper guide groove (33a) and a lower guide groove (33b) into which the upper support ribs 34 and lower support ribs 35 are inserted, respectively, on the upper and lower surfaces of both edges of the hydrogen collecting member 33 are provided. It is formed so as to extend along the longitudinal direction of the hydrogen collecting member 33, and when the hydrogen collecting member 33 absorbs hydrogen and expands, it is unidirectional while being guided by the upper and lower support ribs 34 and 35. Will expand. If the hydrogen collecting member 33 is completely fixed and supported with respect to the upper support member 31 and the lower support member 32 so that relative movement is impossible, the hydrogen collecting member 33 made of a hydrogen storage alloy absorbs hydrogen gas. Thus, a phenomenon in which the hydrogen collecting member 33 is plastically deformed may occur when it expands, but the hydrogen collecting member 33 is relatively moved with respect to the upper support member 31 and the lower support member 32 as in this embodiment. When connected as possible, the hydrogen collecting member 33 can absorb hydrogen gas and expand stably.

상기 수소포집부재(33)는 수소를 흡수하여 저장하는 수소저장합금으로 이루어지므로, 수소의 흡수 시 팽창을 고려하여 그 크기가 정해지는데, 이 때 상기 수소포집부재(33)가 길이방향으로도 팽창이 가능하도록 하기 위하여 전술한 것처럼 수소포집부재(33)의 양측부가 상부 지지부재(31)의 상부 지지리브(34)와 하부 지지부재(32)의 하부 지지리브(35)에 대해 상대 이동이 가능하게 연결된다. Since the hydrogen collecting member 33 is made of a hydrogen storage alloy that absorbs and stores hydrogen, its size is determined in consideration of expansion when hydrogen is absorbed, and at this time, the hydrogen collecting member 33 expands in the longitudinal direction as well. In order to enable this, both sides of the hydrogen collecting member 33 can be moved relative to the upper support rib 34 of the upper support member 31 and the lower support rib 35 of the lower support member 32 as described above. Is connected.

상기 수소포집부재(33)는 단일하게 구성될 수 있지만, 복수개로 분할 구성되어 각각의 수소포지부재(33)가 수소 가스를 흡수하면서 팽창 변형되게 구성될 수도 있을 것이다. Although the hydrogen collecting member 33 may be configured as a single unit, it may be configured to be divided into a plurality of each of the hydrogen holding members 33 to be expanded and deformed while absorbing hydrogen gas.

전술한 것과 같이, 상기 버퍼부(30)의 상부 지지부재(31)와 하부 지지부재(32)는 단열탱크(20) 내부의 상부를 가로지르면서 밀폐하도록 설치되므로, 단열탱크(20)의 하부에서 액화질소(LN2)가 기화하면 내부 압력이 상승하게 되고, 따라서 기화된 질소 가스를 외부로 배출해 주어야 한다. 이를 위해 상기 상부 지지부재(31)와 하부 지지부재(32)의 가장 자리 부분에 기화된 질소 가스를 버퍼부(30)의 상측 공간으로 배출하기 위한 바이패스유닛(70)이 구성된다. 상기 바이패스유닛(70)은 상부 지지부재(31)와 하부 지지부재(32)를 관통하면서 상부 지지부재(31)와 하부 지지부재(32)를 연결하여 기화된 질소 가스를 상부 지지부재(31)의 상측으로 유도하도록 구성된다. As described above, since the upper support member 31 and the lower support member 32 of the buffer unit 30 are installed to be sealed while crossing the upper portion of the heat insulation tank 20, the lower portion of the heat insulation tank 20 When liquefied nitrogen (LN 2 ) is evaporated in, the internal pressure rises, and thus vaporized nitrogen gas must be discharged to the outside. To this end, a bypass unit 70 for discharging the nitrogen gas vaporized at the edges of the upper support member 31 and the lower support member 32 to the upper space of the buffer unit 30 is configured. The bypass unit 70 passes through the upper support member 31 and the lower support member 32 and connects the upper support member 31 and the lower support member 32 to transfer vaporized nitrogen gas to the upper support member 31. It is configured to guide to the upper side of ).

예를 들어, 도 4 및 도 5에 도시한 것과 같이 상기 바이패스유닛(70)은 하부 지지부재(32)에 상측으로 연장되게 형성되며 내주면에 나사산(71a)이 형성되어 있는 중공관 형태의 가스가이드튜브(71)와, 상기 가스가이드튜브(71)의 나사산(71a)과 대응하여 나선 결합하는 나사부(73)와 상기 가스가이드튜브(71)의 중공과 연통되는 관통공(74)이 상하로 관통되게 형성되어 상기 상부 지지부재(31)의 상측에서 상기 가스가이드튜브(71)에 결합되는 체결부재(72)를 포함한다. For example, as shown in Figs. 4 and 5, the bypass unit 70 is formed to extend upward on the lower support member 32 and has a hollow tube shape having a thread 71a formed on the inner circumferential surface of the gas. The guide tube 71, the threaded portion 73 helically coupled to correspond to the thread 71a of the gas guide tube 71, and the through hole 74 communicating with the hollow of the gas guide tube 71 are vertically It is formed to penetrate and includes a fastening member 72 coupled to the gas guide tube 71 from the upper side of the upper support member 31.

따라서 단열탱크(20)에서 자연 기화된 질소 가스는 상기 가스가이드튜브(71)의 중공부와 체결부재(72)의 관통공(74)을 통과하여 상부 지지부재(31)의 상측으로 배출된 후, 상기 덮개(21)의 밸브(52) 및 질소배출관(51)을 통해 단열탱크(20)의 외부로 배출될 수 있으므로 단열탱크(20)의 내압을 일정하게 제어할 수 있다. Therefore, the nitrogen gas naturally vaporized in the thermal insulation tank 20 passes through the hollow portion of the gas guide tube 71 and the through hole 74 of the fastening member 72 and is discharged to the upper side of the upper support member 31. , Since it can be discharged to the outside of the insulation tank 20 through the valve 52 and the nitrogen discharge pipe 51 of the cover 21, the internal pressure of the insulation tank 20 can be constantly controlled.

이와 같이 구성된 액화수소 저장장치는 다음과 같이 작동한다. The liquid hydrogen storage device configured as described above operates as follows.

저장탱크(10) 내에 액화수소(LH2)를 저장하여 운반하는 과정에서 저장탱크(10) 외부에 액화질소(LN2)가 채워져 있기 때문에 외부 공기의 열이 저장탱크(10) 내의 액화수소에 영향을 미치지 못하여 액화수소의 기화가 최소화될 수 있으나, 이 경우에도 액화질소와 액화수소 간의 온도 차이로 인하여 액화수소가 자연 기화되는 현상이 발생하게 된다. In the process of storing and transporting liquefied hydrogen (LH 2 ) in the storage tank (10), since liquefied nitrogen (LN 2 ) is filled outside the storage tank (10), heat from outside air is transferred to the liquefied hydrogen in the storage tank (10). The vaporization of liquefied hydrogen may be minimized because it does not have an effect, but even in this case, a phenomenon in which liquefied hydrogen is evaporated naturally occurs due to a temperature difference between liquid nitrogen and liquid hydrogen.

저장탱크(10) 내에서 자연 기화된 수소 가스는 수소저장합금으로 된 저장탱크(10) 자체에 흡수될 수 있으나, 흡수되지 못하는 수소 가스에 의해 저장탱크(10)의 내압이 상승하게 된다. 저장탱크(10) 내부의 압력이 기화된 수소 가스에 의해 일정한 압력값 이상으로 상승하게 되면, 제어밸브(42)가 개방되면서 저장탱크(10) 내부의 수소 가스가 수소가스배출관(41)을 통해 버퍼부(30)의 상부 지지부재(31)와 하부 지지부재(32) 사이의 공간으로 유입된다. The hydrogen gas naturally vaporized in the storage tank 10 may be absorbed by the storage tank 10 itself made of a hydrogen storage alloy, but the internal pressure of the storage tank 10 increases due to the hydrogen gas that cannot be absorbed. When the pressure inside the storage tank 10 rises above a certain pressure value by the vaporized hydrogen gas, the control valve 42 is opened and the hydrogen gas inside the storage tank 10 passes through the hydrogen gas discharge pipe 41. It flows into the space between the upper support member 31 and the lower support member 32 of the buffer unit 30.

상기 버퍼부(30) 내측으로 유입된 수소 가스는 수소저장합금으로 된 수소포집부재(33)에 흡수되어 포집된다. 상기 수소포집부재(33)는 수소 가스를 흡수하면서 점진적으로 팽창하게 된다. The hydrogen gas introduced into the buffer unit 30 is absorbed and collected by a hydrogen collecting member 33 made of a hydrogen storage alloy. The hydrogen collecting member 33 gradually expands while absorbing the hydrogen gas.

이와 같이 액화수소(LH2)를 저장탱크(10)에 저장하여 운송하는 과정에서 액화수소가 자연 기화되어 수소 가스가 발생할 경우, 수소 가스가 저장탱크(10) 외부에 구성된 버퍼부(30)로 배출되어 수소저장합금으로 된 수소포집부재(33)에 흡수되어 포집되므로 수소 가스의 외부 배출을 위한 별도의 안전 장치를 구성하지 않고도 안전하게 수소 가스를 잔류시킬 수 있으며, 저장탱크(10) 내부의 압력을 일정하게 유지할 수 있다. In this way, in the process of storing and transporting liquefied hydrogen (LH 2 ) in the storage tank 10, when liquefied hydrogen is naturally evaporated to generate hydrogen gas, the hydrogen gas is transferred to the buffer unit 30 configured outside the storage tank 10. Since it is discharged and absorbed by the hydrogen collecting member 33 made of a hydrogen storage alloy and collected, hydrogen gas can be safely retained without configuring a separate safety device for external discharge of hydrogen gas, and the pressure inside the storage tank 10 Can be kept constant.

상기 수소포집부재(33)에 포집된 수소 가스는 목적지에 도착한 후 방출하여 재사용할 수 있다. The hydrogen gas collected by the hydrogen collecting member 33 may be discharged and reused after arriving at a destination.

이상에서 본 발명은 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연하며, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.In the above, the present invention has been described in detail with reference to the embodiments, but those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to make various substitutions, additions, and modifications within the scope not departing from the technical idea described above. It is natural, and it should be understood that such modified embodiments also belong to the protection scope of the present invention defined by the appended claims.

LH2 : 액화수소 LN2 : 액화질소
10 : 저장탱크 20 : 단열탱크
21 : 덮개 30 : 버퍼부
31 : 상부 지지부재 32 : 하부 지지부재
33 : 수소포집부재 33a : 상부 가이드홈
33b: 하부 가이드홈 34 : 상부 지지리브
35 : 하부 지지리브 41 : 수소가스배출관
42 : 제어밸브 51 : 질소배출관
52 : 밸브 61 : 고정지지대
62 : 가동지지대 70 : 바이패스유닛
71 : 가스가이드튜브 72 : 체결부재
73 : 나사부 74 : 관통공
LH 2 : Liquid hydrogen LN 2 : Liquid nitrogen
10: storage tank 20: insulation tank
21: cover 30: buffer unit
31: upper support member 32: lower support member
33: hydrogen collecting member 33a: upper guide groove
33b: lower guide groove 34: upper support rib
35: lower support rib 41: hydrogen gas discharge pipe
42: control valve 51: nitrogen discharge pipe
52: valve 61: fixed support
62: movable support 70: bypass unit
71: gas guide tube 72: fastening member
73: threaded portion 74: through hole

Claims (11)

액화수소를 저장하는 저장탱크;
상기 저장탱크의 외측을 둘러싸도록 설치되며, 내부에 상기 저장탱크가 담겨지는 액화질소가 저장된 단열탱크;
상기 단열탱크의 내부의 상부에 설치되며, 상기 저장탱크에서 배출되는 자연 기화된 수소 가스를 흡수하여 저장하는 수소저장합금으로 된 수소포집부재와, 상기 수소포집부재를 단열탱크에 대해 지지하는 지지부재를 포함하는 버퍼부; 및,
상기 저장탱크로부터 상기 버퍼부로의 수소 가스 배출을 제어하는 수소배출제어부;
를 포함하며,
상기 버퍼부의 지지부재는 상기 단열탱크의 상부를 가로지르도록 설치되는 평판 형태의 상부 지지부재와, 상기 상부 지지부재의 하측에 상부 지지부재와 일정 거리 이격되어 나란하게 설치되는 평판 형태의 하부 지지부재를 포함하며;
상기 수소포집부재는 평판 형태로 되어 상기 상부 지지부재와 하부 지지부재 사이에서 상부 지지부재와 하부 지지부재에 대해 일정 거리 이격된 상태로 지지되고,
상기 상부 지지부재와 하부 지지부재의 양측 가장자리 부분에 상기 수소포집부재의 양측 가장자리를 지지하는 상부 지지리브와 하부 지지리브가 각각 하측 및 상측으로 돌출되게 형성된 액화수소 저장장치.
A storage tank for storing liquid hydrogen;
An insulating tank installed to surround the outside of the storage tank and storing liquid nitrogen in which the storage tank is contained;
A hydrogen collecting member made of a hydrogen storage alloy that is installed at the top of the heat insulating tank and absorbs and stores the naturally vaporized hydrogen gas discharged from the storage tank, and a support member supporting the hydrogen collecting member against the heat insulating tank A buffer unit including a; And,
A hydrogen discharge control unit for controlling the discharge of hydrogen gas from the storage tank to the buffer unit;
Including,
The support member of the buffer unit includes an upper support member in the form of a flat plate installed to cross the upper portion of the insulating tank, and a lower support member in the form of a flat plate that is installed in parallel with the upper support member at a lower side of the upper support member. Includes;
The hydrogen collecting member has a flat plate shape and is supported between the upper support member and the lower support member at a predetermined distance apart from the upper support member and the lower support member,
An upper support rib and a lower support rib supporting both edges of the hydrogen collecting member at both edge portions of the upper support member and the lower support member, respectively, to protrude downward and upward.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 수소포집부재의 양측 가장자리의 상부면과 하부면 각각에 상기 상부 지지리브와 하부 지지리브가 삽입되는 상부 가이드홈과 하부 가이드홈이 수소포집부재의 길이방향을 따라 연장되게 형성되어, 상기 수소포집부재가 수소를 흡수하여 팽창할 때 상기 상부 지지리브와 하부 지지리브의 안내를 받으면서 일방향으로 팽창하도록 된 액화수소 저장장치.The method of claim 1, wherein the upper and lower guide grooves into which the upper and lower support ribs are inserted are formed to extend along the longitudinal direction of the hydrogen collecting member on the upper and lower surfaces of both edges of the hydrogen collecting member. When the hydrogen collecting member absorbs hydrogen and expands, the liquefied hydrogen storage device expands in one direction while being guided by the upper and lower support ribs. 제1항에 있어서, 상기 상부 지지부재와 하부 지지부재를 관통하면서 상부 지지부재와 하부 지지부재를 연결하여 기화된 질소 가스를 상부 지지부재의 상측으로 유도하는 바이패스유닛과, 상기 단열탱크의 상부면에 외부와 연통되게 설치되어 상기 바이패스유닛을 통해 상부 지지부재의 상측 공간으로 유도된 질소 가스를 외부로 배출하는 질소배출관 및, 상기 질소배출관을 통한 질소 가스의 배출을 제어하는 밸브를 더 포함하는 액화수소 저장장치.The method of claim 1, further comprising: a bypass unit which passes through the upper support member and the lower support member and connects the upper support member and the lower support member to guide vaporized nitrogen gas to the upper side of the upper support member; A nitrogen discharge pipe installed on the surface in communication with the outside to discharge nitrogen gas guided to the upper space of the upper support member through the bypass unit, and a valve for controlling discharge of nitrogen gas through the nitrogen discharge pipe. Liquid hydrogen storage device. 제6항에 있어서, 상기 바이패스유닛은 상기 상부 지지부재와 하부 지지부재의 사이에 상하방향으로 연장되게 형성되며 내주면 또는 외주면에 나사산이 형성되어 있는 중공관 형태의 가스가이드튜브와, 상기 가스가이드튜브의 나사산과 대응하여 나선 결합하는 나사부와 상기 가스가이드튜브의 중공과 연통되는 관통공이 상하로 관통되게 형성되어 상기 상부 지지부재의 상측 또는 상기 하부 지지부재의 하측에서 상기 가스가이드튜브에 결합되는 체결부재를 포함하는 액화수소 저장장치.The gas guide tube according to claim 6, wherein the bypass unit is formed to extend in a vertical direction between the upper support member and the lower support member and has a thread formed on an inner or outer circumferential surface, and the gas guide A screw portion that is helically coupled to a thread of the tube and a through hole communicating with the hollow of the gas guide tube is formed to penetrate vertically, and is coupled to the gas guide tube from the upper side of the upper support member or the lower side of the lower support member. Liquid hydrogen storage device including a member. 제1항에 있어서, 상기 저장탱크는 수소저장합금으로 된 액화수소 저장장치.The liquefied hydrogen storage device of claim 1, wherein the storage tank is made of a hydrogen storage alloy. 제8항에 있어서, 상기 저장탱크의 양측면과 상기 단열탱크의 양측면 사이에 단열탱크에 대해 저장탱크를 팽창 가능하게 지탱하는 탱크 서포트유닛이 설치된 액화수소 저장장치.The liquefied hydrogen storage device according to claim 8, wherein a tank support unit is installed between both side surfaces of the storage tank and both sides of the insulation tank to support the storage tank in an expandable manner with respect to the insulation tank. 제9항에 있어서, 상기 탱크 서포트유닛은, 상기 단열탱크의 양측면에 고정되는 고정지지대와, 상기 저장탱크의 양측면에 상기 고정지지대에 일정량 이동이 가능하게 연결되어 상기 저장탱크의 팽창 및 수축 시 고정지지대에 대해 이동하면서 지지되는 가동지지대를 포함하는 액화수소 저장장치.The method of claim 9, wherein the tank support unit is connected to a fixed support fixed to both sides of the insulating tank, and a fixed amount of movement to the fixed support on both sides of the storage tank, and fixed when the storage tank is expanded or contracted. Liquefied hydrogen storage device including a movable support supported while moving relative to the support. 제1항에 있어서, 상기 수소배출제어부는, 상기 저장탱크의 상부와 상기 버퍼부를 연결하여 저장탱크의 수소 가스를 버퍼부로 안내하는 수소가스배출관과, 상기 저장탱크 내부의 압력에 따라 개방 또는 폐쇄되면서 수소가스배출관을 통한 수소 가스의 배출을 제어하는 제어밸브를 포함하는 액화수소 저장장치.The method of claim 1, wherein the hydrogen discharge control unit comprises: a hydrogen gas discharge pipe connecting the upper portion of the storage tank and the buffer unit to guide hydrogen gas from the storage tank to the buffer unit, and opening or closing according to the pressure inside the storage tank. Liquefied hydrogen storage device comprising a control valve for controlling the discharge of hydrogen gas through the hydrogen gas discharge pipe.
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111981311A (en) * 2020-08-28 2020-11-24 东华工程科技股份有限公司 Cold insulation device for liquid ammonia spherical tank and preparation method
ES2874852A1 (en) * 2021-09-11 2021-11-05 Lapesa Grupo Empresarial S L Compressed hydrogen storage tank in cryogenic system (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)
CN114738669A (en) * 2022-03-30 2022-07-12 北京潞电电气设备有限公司 Hydrogen storage system for preventing hydrogen explosion
CN114811435A (en) * 2022-03-30 2022-07-29 北京潞电电气设备有限公司 Underwater hydrogen storage chamber
CN114811399A (en) * 2022-03-22 2022-07-29 北京潞电电气设备有限公司 Underwater construction hydrogen storage chamber
KR20230040425A (en) 2021-09-15 2023-03-23 정우이앤이 주식회사 Liquid hydrogen storage tank, and hydrogen station and hydrogen vessel including the same
KR102602092B1 (en) 2023-01-05 2023-11-14 주식회사 한국가스기술공사 Liquefied hydrogen storage tank
KR102635640B1 (en) 2023-05-04 2024-02-08 주식회사 한국가스기술공사 Liquefied hydrogen storage tank with easy refrigerant circulation
KR102640349B1 (en) * 2022-12-16 2024-02-28 한국철도기술연구원 Vaporization system and method for vaporizing liquefied hydrogen without flow device

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07269795A (en) * 1994-03-31 1995-10-20 Nippon Steel Corp Hydrogen storage alloy holding container
KR20020058671A (en) 2000-12-30 2002-07-12 이계안 Fuel cell system for vehicles
JP2004132503A (en) * 2002-10-11 2004-04-30 Sekisui Chem Co Ltd Sealing vessel of hydrogen storage alloy and hydrogen storage device using this vessel
JP2005172106A (en) * 2003-12-10 2005-06-30 Toshiba Corp Storing method and apparatus for hydrogen gas
JP2007046655A (en) * 2005-08-08 2007-02-22 Toyota Motor Corp Hydrogen storage device
KR100979470B1 (en) * 2005-08-08 2010-09-02 도요타 지도샤(주) Hydrogen storage device
JP2014080329A (en) * 2012-10-16 2014-05-08 Kobe Steel Ltd Hydrogen storage/release apparatus
KR101744284B1 (en) 2015-08-13 2017-06-07 하이리움산업(주) Storage vessel for liquid hydrogen
KR20180095527A (en) 2015-12-22 2018-08-27 쉘 인터내셔날 리써취 마트샤피지 비.브이. Ship containment system for liquefied gas

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07269795A (en) * 1994-03-31 1995-10-20 Nippon Steel Corp Hydrogen storage alloy holding container
KR20020058671A (en) 2000-12-30 2002-07-12 이계안 Fuel cell system for vehicles
JP2004132503A (en) * 2002-10-11 2004-04-30 Sekisui Chem Co Ltd Sealing vessel of hydrogen storage alloy and hydrogen storage device using this vessel
JP2005172106A (en) * 2003-12-10 2005-06-30 Toshiba Corp Storing method and apparatus for hydrogen gas
JP2007046655A (en) * 2005-08-08 2007-02-22 Toyota Motor Corp Hydrogen storage device
KR100979470B1 (en) * 2005-08-08 2010-09-02 도요타 지도샤(주) Hydrogen storage device
JP2014080329A (en) * 2012-10-16 2014-05-08 Kobe Steel Ltd Hydrogen storage/release apparatus
KR101744284B1 (en) 2015-08-13 2017-06-07 하이리움산업(주) Storage vessel for liquid hydrogen
KR20180095527A (en) 2015-12-22 2018-08-27 쉘 인터내셔날 리써취 마트샤피지 비.브이. Ship containment system for liquefied gas

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111981311A (en) * 2020-08-28 2020-11-24 东华工程科技股份有限公司 Cold insulation device for liquid ammonia spherical tank and preparation method
ES2874852A1 (en) * 2021-09-11 2021-11-05 Lapesa Grupo Empresarial S L Compressed hydrogen storage tank in cryogenic system (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)
KR20230040425A (en) 2021-09-15 2023-03-23 정우이앤이 주식회사 Liquid hydrogen storage tank, and hydrogen station and hydrogen vessel including the same
CN114811399A (en) * 2022-03-22 2022-07-29 北京潞电电气设备有限公司 Underwater construction hydrogen storage chamber
CN114811399B (en) * 2022-03-22 2024-04-30 北京潞电电气设备有限公司 Hydrogen storage chamber for underwater construction
CN114738669A (en) * 2022-03-30 2022-07-12 北京潞电电气设备有限公司 Hydrogen storage system for preventing hydrogen explosion
CN114811435A (en) * 2022-03-30 2022-07-29 北京潞电电气设备有限公司 Underwater hydrogen storage chamber
CN114738669B (en) * 2022-03-30 2024-04-12 北京潞电电气设备有限公司 Hydrogen storage system for preventing hydrogen explosion
CN114811435B (en) * 2022-03-30 2024-04-12 北京潞电电气设备有限公司 Underwater hydrogen storage chamber
KR102640349B1 (en) * 2022-12-16 2024-02-28 한국철도기술연구원 Vaporization system and method for vaporizing liquefied hydrogen without flow device
KR102602092B1 (en) 2023-01-05 2023-11-14 주식회사 한국가스기술공사 Liquefied hydrogen storage tank
KR102635640B1 (en) 2023-05-04 2024-02-08 주식회사 한국가스기술공사 Liquefied hydrogen storage tank with easy refrigerant circulation

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