KR102172695B1 - 극저온 액체가스 저장탱크 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 극저온 액체가스 저장탱크에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 임계온도 -253℃ 이하의 극저온 액화가스인 액체 헬륨 또는 액체 수소를 저장하기 위한 대용량 저장탱크로서, 극저온에 의한 저장탱크 내부의 압력상승 및 자연기화발생 등을 고려하여 고진공 단열 구조를 개선한 극저온 액체가스 저장탱크에 관한 것이다.

Description

극저온 액체가스 저장탱크{STORAGE TANK FOR CRYOGENIC LIQUID GAS}
본 발명은 극저온 액체가스 저장탱크에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 임계온도 -253℃ 이하의 극저온 액화가스인 액체 헬륨 또는 액체 수소를 저장하기 위한 대용량 저장탱크로서, 극저온에 의한 저장탱크 내부의 압력상승 및 자연기화발생 등을 고려하여 고진공 단열 구조를 개선한 극저온 액체가스 저장탱크에 관한 것이다.
일반적으로, 액화가스는 기체를 냉각 또는 압축하여 액체가 된 상태를 의미하는 것으로, 액화가스는 상온에서 기체를 압축하여 액체가 되는 가스와 상온이 아닌 임계온도 이하로 냉각 및 가압되어 액화되는 압축가스를 포함한다.
액화가스는 극저온으로 냉각되어 부피를 줄인 액체가스로서, 이러한 액화가스는 기체 상태일 때보다 부피가 작아 저장 용기에 보관하여 장거리 수송에 용이하다.
상기한 액화가스는 저장 용기에 저장되어 수송되는 것이 일반적이며, 이에 따라, 액화가스를 저장하는 용기는 내부 압력을 견디기 위하여 구조적으로 원통형 또는 구형으로 형성될 수 있고, 극저온의 액화가스를 저장하는 내부 용기, 내부 용기와 외부와의 열전달을 차단하는 단열재 및 단열재의 외부의 충격을 방지하는 외부 용기를 포함하는 이중의 용기 구조로 제작된다.
종래 액화가스의 용기는 임계온도가 -50℃ 이하의 액화가스를 고압력으로 충전할 수 있도록 된 용기이고, 충전된 액화가스는 -150℃ 이하의 초저온이므로 고압가스안전관리법상 초저온 용기는 외부에서의 열침에 의한 액온의 상승 즉 용기 압력의 상승을 방지하기 위하여 단열 처리하여 침입 열량을 규정치 이하로 하여야 하며, 용기 재료는 저온취성을 일으키지 않는 오스테나이트계 스테인리스강 또는 알미늄 합금을 사용한다.
종래의 초저온 용기의 구조는 오스테나이트계 스테인리스강으로 된 내조가 탄소강 등으로 된 외조의 내부 공간에 설치된 이중의 구조를 가지고, 내조 상단의 내조상부헤드에 열전도가 적고 강도가 큰 재료의 지지재가 외조의 상단에 고정 지지된 구조를 가진다.
또한, 외조와 내조의 공간에는 슈퍼 인슈레이션이라는 단열법이 적용되는데, 이는 반사재인 은박과 차폐재인 특수 단열종이를 사용하여 이들을 내조의 외면에 벌갈아 여러 겹으로 감아두고 공간을 고진공으로 형성시켜 단열하는 방법이다.
상기와 같은 극저온 액체가스 저장탱크의 종래 기술을 예로 들자면, 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0053497호(이하 문헌 1)와 대한민국 공개특허공보 제10-2002-0079708호(이하 문헌 2)가 있다.
상기 문헌 1은 첨부 도면 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 액화가스가 내부에 저장되는 내부 쉘; 상기 내부 쉘과의 사이에 공간이 형성되도록 상기 내부 쉘의 외부를 감싸는 외부 쉘; 상기 내부 쉘과 상기 외부 쉘을 지지하여 형상을 유지하도록 상기 내부 쉘과 외부 쉘 사이의 공간에 설치되는 복수개의 지지부; 및 상기 내부 쉘과 상기 외부 쉘 사이의 공간에 설치되어 열전달을 차단하는 단열부; 상기 외부 쉘을 관통하여 상기 내부 쉘을 외부와 교통시키는 유출입부; 및 상기 유출입부에 착탈식으로 결합되어 상기 내부 쉘의 액화가스의 유출을 차단하는 차단캡;을 포함하며, 상기 내부 쉘, 외부 쉘 및 지지부는 탄소섬유 강화 플라스틱(carbon fiber reinforced plastic, CFRP)을 포함하는 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 극저온 액화가스 저장용기이다.
상기 문헌 2는 본원인이 선출원하여 등록받은 기술로서, 첨부 도면 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 내조(1) 상단의 내조상부헤드(2)에 부착된 지지재가 외조(3)의 상단에 고정 지지되어 내조(1)가 외조(3)의 내부 공간에 설치되고, 외조(3)와 내조(1)의 사이 공간에 반사재인 은박과 차폐재인 특수 단열종이를 사용하여 내조(1)의 외면에 벌갈아 여러 겹으로 감은 후 공간을 고진공으로 형성시킨 슈퍼 인슈레이션 단열법이 적용된 초저온 용기에 있어서, 상기 내조(1)의 내조하부헤드(4)와 외조(3)의 내저면 사이에 내조받침대(5)가 설치되어 내조(1)를 지지하고, 내조받침대(5)에 의해 형성된 내조(1)와 외조(3) 사이의 공간에 퍼얼라이트 단열재(6)가 진공으로 충진되며, 외조(3)의 하부 외측에 외조좌대(7)가 부착되고, 상기 외조좌대(7)가 팰리트 (8)의 하부서포터(9)에 지지됨을 특징으로 하는 초저온 용기이다.
상기 문헌 1,2를 포함한 종래 액화가스 저장용기는 통상 외조와 내조의 이중 구조로 이루어져 있고, 단열을 위해 이러한 외조와 내조 사이를 고진공 환경으로 유지시켜야 하므로, 기술적 구조적으로 난해한 문제점이 있다.
또한, 일정 온도 이하의 고진공 하에서 내조와 외조의 재질에서 배출가스의 생성이 증대되므로 내조와 외조의 전처리가 불완전할 경우에 배출가스가 증대되어 진공도가 떨어져 단열 성능이 저하되는 문제점이 있다.
상기와 같은 극저온 액체가스 저장탱크와 관련된 선행 문헌은 다음과 같다.
문헌 1 : 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0053497호(명칭 : 탄소섬유 강화 플라스틱을 활용한 이중벽 구조의 극저온 액화가스 저장용기 ; 출원일 : 2015년 11월 06일)
문헌 2 : 대한민국 공개특허공보 제10-2002-0079708호(명칭 : 초저온 용기 ; 출원일 : 2002년 09월 30일)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로, 임계온도 -253℃ 이하의 극저온 액화가스인 액체 헬륨 또는 액체 수소를 저장하기 위한 대용량 저장탱크로서, 극저온에 의한 저장탱크 내부의 압력상승 및 자연기화발생 등을 고려하여 고진공 단열 구조를 개선한 극저온 액체가스 저장탱크를 제공함에 목적을 두고 있다.
상기와 같은 목적 달성을 위한 본 발명은 액체가스가 저장되는 내조(10A)와, 상기 내조(10A) 외측에 진공 공간을 형성하는 외조(10B) 및 상기 외주(10B) 외측에 펄라이트(11) 진공 공간을 형성하는 외외조(10C)로 이루어진 저장조(10); 상기 외조(10B) 내측 하부에 내조(10A)를 지지하는 지지부(12); 상기 내조(10A)로 액체가스를 주입 충전시키는 충전경로(13); 상기 내조(10A)에 충전되는 액체가스가 설정된 레벨 이상되면 외부로 배출시키는 오버플로우경로(14); 상기 내조(10A) 내에서 기화된 가스에 의해 일정 압력 이상이 되면 가스를 배출시키는 가스벤트경로(15); 상기 내조(10A)에 충전된 액체가스를 사용처로 공급하는 액체가스사용경로(16); 상기 내조(10A)의 상부와 하부 차압을 측정하는 차압측정부(17); 상기 차압측정부(17)에서 측정된 상부와 하부의 차압을 비교하여 압력을 측정하여 표출시키고, 과압력인 경우 상기 가스벤트경로(15) 또는 내조(10A) 상방에서 유도되는 안정화경로(19)를 통해 기화 가스를 배출시키는 압력제어부(18); 를 포함하여서 된 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 과제해결수단에 의한 본 발명은 상기 저장조(10)를 액체가스가 저장되는 내조(10A)와, 상기 내조(10A) 외측에 진공 공간을 형성하는 외조(10B) 및 상기 외주(10B) 외측에 펄라이트(11) 진공 공간을 형성하는 외외조(10C)로 구성함으로써, 저장탱크의 내구성과 안전성 및 안정성을 향상시키는 효과를 얻는다.
또한, 본 발명은 상기 저장조(10)의 내조(10A)와 외조(10B) 사이 공간은 슈퍼 인슐레이션 단열 처리하고, 외조(10B)와 외외조(10C) 사이 공간은 펄라이트 진공 단열 처리함으로써, 다각적이면서 입체적인 단열 및 고진공 환경 제공이 가능하도록 하는 효과를 얻는다.
또한, 본 발명은 상기 저장조(10)의 내조(10A)와 외조(10B) 사이 공간은 슈퍼 인슐레이션 단열 처리하고, 외조(10B)와 외외조(10C) 사이 공간은 펄라이트 진공 단열 처리하여, 다각적이면서 입체적인 단열 및 고진공 환경을 제공함으로써, 액체가스의 기화 승압을 억제시켜 자연기화발생을 최소화하는 효과를 얻는다.
또한, 본 발명은 상기 내조(10A)의 외측 하부와 외조(10B)의 내측 하부 사이에 지지부(12)를 설치하고, 상기 외조(10B)와 외외조(10C) 사이 공간에 펄라이트(11)를 충전시켜, 단열 성능을 향상시킴과 동시에 내조(10A)와 외조(10B) 및 외조(10B)와 외외조(10C) 사이에 상대변위가 없도록 함으로써, 상기 저장조(10)의 구성요소들의 파손을 방지하며, 특히 각 구성요소 간 고정부위 내지 용접부위의 균열 및 손상을 방지하는 효과를 얻는다.
또한, 본 발명은 상기 압력제어부(18)가 차압측정부(17)에서 측정된 상부와 하부의 차압을 비교하여 압력을 측정하고, 과압력인 경우, 상기 가스벤트경로(15) 또는 안정화경로(19)를 통해 기화 가스를 배출시킴으로써, 저장탱크 내부의 압력을 안정적으로 제어(압력상승 방지)하는 효과를 얻는다.
도 1은 종래 액화가스 저장탱크의 일례를 도시한 단면도.
도 2는 종래 액화가스 저장탱크의 일례를 도시한 사시도.
도 3은 종래 액화가스 저장탱크의 다른 예를 도시한 단면도.
도 4는 종래 액화가스 저장탱크의 다른 예를 도시한 사시도.
도 5는 본 발명의 구성 내지 구조를 간략히 도시한 구성도.
도 6은 본 발명의 구성 내지 구조를 좀 더 구체적으로 도시한 단면도.
이와 같이 제시한 첨부 도면을 참고로 하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.
본 발명인 극저온 액체가스 저장탱크(100)는 첨부 도면 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 액체가스가 저장되는 내조(10A)와, 상기 내조(10A) 외측에 진공 공간을 형성하는 외조(10B) 및 상기 외주(10B) 외측에 펄라이트(11) 진공 공간을 형성하는 외외조(10C)로 이루어진 저장조(10); 상기 외조(10B) 내측 하부에 내조(10A)를 지지하는 지지부(12); 상기 내조(10A)로 액체가스를 주입 충전시키는 충전경로(13); 상기 내조(10A)에 충전되는 액체가스가 설정된 레벨 이상되면 외부로 배출시키는 오버플로우경로(14); 상기 내조(10A) 내에서 기화된 가스에 의해 일정 압력 이상이 되면 가스를 배출시키는 가스벤트경로(15); 상기 내조(10A)에 충전된 액체가스를 사용처로 공급하는 액체가스사용경로(16); 상기 내조(10A)의 상부와 하부 차압을 측정하는 차압측정부(17); 상기 차압측정부(17)에서 측정된 상부와 하부의 차압을 비교하여 압력을 측정하여 표출시키고, 과압력인 경우 상기 가스벤트경로(15) 또는 내조(10A) 상방에서 유도되는 안정화경로(19)를 통해 기화 가스를 배출시키는 압력제어부(18); 를 포함하여서 된 것일 수 있다.
여기서, 본 발명 중 상기 액체가스는 산소, 질소, 탄산, 아산화질소, 천연가스, 메탄, 네온, 아르곤, 헬륨, 수소를 포함한 초저온 내지 극초저온 가스일 수 있으며, 본 발명에서는 극초저온 액체 헬륨, 액체 수소를 실시예로 한다.
한편, 본 발명 중 상기 저장조(10)는 내조(10A)와 외조(10B) 사이 공간은 슈퍼 인슐레이션 단열 처리되고, 외조(10B)와 외외조(10C) 사이 공간은 펄라이트 진공 단열 처리된 것일 수 있다.
상기에서 슈퍼 인슐레이션 단열 처리 구조는 내조(10A)와 외조(10B) 사이 공간에 위치한 면에 반사재인 은박과 차폐재인 특수 단열종이를 사용하여 번갈아 여러 겹으로 감은 후, 약 10-3 Torr의 고진공 환경을 조성한 것일 수 있다.
또한, 상기에서 펄라이트 진공 단열 처리 구조는 외조(10B)와 외외조(10C) 사이 공간에 펄라이트를 충전시킨 상태에서 5×10- 2Torr의 고진공 환경을 조성한 것일 수 있다.
이때, 상기 내조(10A)는 외조(10B) 내측 하부 중앙에 마련되는 지지부(12)의 지지를 받으며 수직 설치되고, 상기 외조(10B)는 외외조(10C)의 내측 하부 사방에 수직 마련되는 지지대의 지지를 받으며 수직 설치될 수 있다.
또 한편, 본 발명 중 상기 지지부(12)는 마주보는 한 쌍의 지지패드 사이에 고무재의 쿠션이 부착된 강화플라스틱 지주(12)가 삽입 설치되어, 상기 각각의 지지패드가 내조(10A) 외측 하부면과 외조(10B) 내측 하부면에 고정되는 것일 수 있다.
또 한편, 본 발명 중 상기 충전경로(13)는 일측 단은 외부에 위치하고, 타측 단은 외외조(10C)와 외조(10B)를 관통하여 내조(10A) 상방으로 연장 연결되는 액체가스 충전배관으로서, 일측 단에 액체가스 주입용 개폐밸브가 마련된 것일 수 있다.
또 한편, 본 발명 중 상기 오버플로우경로(14)는 실시예적으로 일측 단은 내조(10A)의 90% 높이에 연결되고, 타측 단은 외조(10B)와 외외조(10C)를 관통하여 외부로 연장되는 오버플로우 배관으로서, 타측 단에 오버플로우 개폐밸브가 마련된 것일 수 있다.
또 한편, 본 발명 중 상기 가스벤트경로(15)는 일측 단은 내조(10A) 상단에 연결되고, 타측 단은 내조(10A) 외주면을 따라 나선으로 연장된 후 외조(10B)와 외외조(10C)를 관통하여 외부로 연장되는 기화가스 배출 배관으로서, 타측 단에 기화가스에 의해 일정 압력 이상이 되면 가스를 배출시키는 개폐밸브가 마련된 것일 수 있다.
또 한편, 본 발명 중 상기 가스사용경로(16)는 일측 단은 내조(10A)의 내부 바닥에 인접되게 위치하고, 타측 단은 내조(10A) 상방을 관통하여 하방으로 유도된 후, 상기 외조(10B)와 외외조(10C)를 관통하여 외부로 연장되는 가스 사용 배관으로서, 타측 단에 흐름을 제어하는 개폐밸브가 마련된 것일 수 있다.
또 한편, 본 발명 중 상기 차압측정부(17)는 내조(10A)의 상위레벨과 하위 레벨간의 차압 신호를 AD 변환신호로 출력하는 차압센서모듈일 수 있다.
또 한편, 본 발명 중 상기 압력제어부(18)는 차압측정부(17)에서 입력되는 차압 신호로부터 압력변화를 고려한 액면과 가스 잔존량 데이터베이스를 구축 저장하고, 구축된 데이터베이스를 바탕으로 차압이 입력되면, 액면 높이와 부피 및 잔존량을 계산하여 표출시키는 것일 수 있다.
상기 압력제어부(18)는 내조(10A)의 압력을 사전에 설정된 레벨로 유지시키도록, 상기 가스벤트경로(15) 및 안정화경로(19)의 개폐밸브 동작을 제어하는 프로그램이 더 탑재된 것일 수 있다.
또 한편, 본 발명 중 상기 안정화경로(19)는 일측 단은 내조(10A) 상단에 연결되고, 타측 단은 외조(10B)와 외외조(10C)를 관통하여 외부로 연장되는 가스 배출 배관으로서, 타측 단에 가스 배출용 개폐밸브가 마련된 것일 수 있다.
이와 같이 되는 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 액체가스가 저장되는 내조(10A)와, 상기 내조(10A) 외측에 진공 공간을 형성하는 외조(10B) 및 상기 외주(10B) 외측에 펄라이트(11) 진공 공간을 형성하는 외외조(10C)로 이루어진 저장조(10); 상기 외조(10B) 내측 하부에 내조(10A)를 지지하는 지지부(12); 상기 내조(10A)로 액체가스를 주입 충전시키는 충전경로(13); 상기 내조(10A)에 충전되는 액체가스가 설정된 레벨 이상되면 외부로 배출시키는 오버플로우경로(14); 상기 내조(10A) 내에서 기화된 가스에 의해 일정 압력 이상이 되면 가스를 배출시키는 가스벤트경로(15); 상기 내조(10A)에 충전된 액체가스를 사용처로 공급하는 액체가스사용경로(16); 상기 내조(10A)의 상부와 하부 차압을 측정하는 차압측정부(17); 상기 차압측정부(17)에서 측정된 상부와 하부의 차압을 비교하여 압력을 측정하여 표출시키고, 과압력인 경우 상기 가스벤트경로(15) 또는 내조(10A) 상방에서 유도되는 안정화경로(19)를 통해 기화 가스를 배출시키는 압력제어부(18); 를 포함하여서 된 극저온 액체가스 저장 탱크이다.
여기서, 본 발명 중 상기 액체가스는 극초저온 액체 헬륨 또는 액체 수소이다.
한편, 본 발명 중 상기 저장조(10)는 내조(10A)와 외조(10B) 사이 공간은 슈퍼 인슐레이션 단열 처리되고, 외조(10B)와 외외조(10C) 사이 공간은 펄라이트 진공 단열 처리된 것으로, 상기 슈퍼 인슐레이션 단열 처리 구조는 내조(10A)와 외조(10B) 사이 공간에 위치한 면에 반사재인 은박과 차폐재인 특수 단열종이를 사용하여 번갈아 여러 겹으로 감은 후, 약 10-3 Torr의 고진공 환경을 조성한 것이고, 상기 펄라이트 진공 단열 처리 구조는 외조(10B)와 외외조(10C) 사이 공간에 펄라이트를 충전시킨 상태에서 5×10-2Torr의 고진공 환경을 조성한 것이다.
본 발명은 상기와 같이, 저장조(10)를 액체가스가 저장되는 내조(10A)와, 상기 내조(10A) 외측에 진공 공간을 형성하는 외조(10B) 및 상기 외주(10B) 외측에 펄라이트(11) 진공 공간을 형성하는 외외조(10C)로 구성함으로써, 저장탱크의 내구성과 안전성 및 안정성을 향상시키는 것이 가능하다.
또한, 본 발명은 상기 저장조(10)의 내조(10A)와 외조(10B) 사이 공간은 슈퍼 인슐레이션 단열 처리하고, 외조(10B)와 외외조(10C) 사이 공간은 펄라이트 진공 단열 처리함으로써, 다각적이면서 입체적인 단열 및 고진공 환경 제공이 가능하도록 하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명은 상기 저장조(10)의 내조(10A)와 외조(10B) 사이 공간은 슈퍼 인슐레이션 단열 처리하고, 외조(10B)와 외외조(10C) 사이 공간은 펄라이트 진공 단열 처리하여, 다각적이면서 입체적인 단열 및 고진공 환경을 제공함으로써, 액체가스의 기화 승압을 억제시켜 자연기화발생을 최소화하는 것이 가능하다.
참고로, 우리나라의 연평균기온을 20℃로 가정할 경우, 가스를 저장하는 용기 내부와 외부의 온도는 비점이 -196℃인 질소는 216℃, -162℃인 LNG는 182℃, 79℃인 액체탄산은 99℃로 상당한 차이가 발생한다. 이러한 현상으로 단열을 통한 진공이 확보되지 못할 경우, 온도의 상승으로 액체상태인 가스가 기화돼 기체상태로 변하게 되면서 질소나 LNG의 경우, 부피가 대략 600~700배 증가해 저장조(10) 내에 엄청난 압력상승이 발생하여 대기 중으로 가스를 분출시켜야만 한다. 따라서 용기의 품질은 물론 저장조(10)의 수명까지 직결되므로 극저온 저장탱크의 완성도는 진공기술의 정도에 달려 있다고 보는 것이 타당하다.
상기 펄라이트 진공 단열에서 진공용 펄라이트의 열전도율은 펄라이트의 충전밀도에 따라 다소 차이가 있으나, 이상적인 충전 밀도에서의 열전도율은 대기압 초저온하에서 2x10- 2Kcal/m2h℃ 정도로 나타난다. 하지만 대기 온도와 초저온과의 온도차는 200℃ 전후 또는 그 이상이 될 수 있기 때문에 절대적으로 유효하고 경제적인 단열시공을 하여야만 한다.
따라서 이와 같은 문제점을 해결하고 펄라이트 고유의 열전도율 2×10-2Kcal/m2h℃을 보다 효과적으로 이용하기 위해서 펄라이트가 충전된 단열공간을 진공으로 처리하는 펄라이트 진공 단열법을 적용한다.
단열공간 내 진공도가 높으면 높을수록 진공 중에서 공기분자의 확산속도가 늦어지며 열전도를 적게 할 수 있지만 진공도가 지나치게 높으면 경제성이 적고 진공으로서의 의미가 별로 없다.
수차례 실험결과에 의하면 펄라이트 진공 단열 구조의 경우, 일정 정도 진공도 이하에서는 펄라이트 고유의 열전도율에 지배되지만 그 이상의 진공도에서는 일정치의 열전도율을 갖게 된다. 이 조건하에서 경제적으로 유효한 진공도는 5×10-2Torr로, 이때의 펄라이트 진공단열의 열전도율은 2.4×10- 2Kcal/m2h℃로 되어, 펄라이트 진공단열은 상압 펄라이트 침입 열량에 비하여 1/10로 감소된다.
또한, 상기 슈퍼 인슐레이션 단열법은 내용적에 비하여 표면적의 비가 큰 경우나 액체헬륨(LHe), 액체수소(LH2) 등과 같은 극저온 저장용기에 적합하다.
슈퍼 인슐레이션 단열법은 전도, 대류 및 복사에 의한 열의 이동을 최소한으로 줄이도록 고안된 것으로, 펄라이트 진공단열의 단열두께에 비하여 약 1/10정도의 두께로 되므로 경량화 소형화에 적합하므로, 펄라이트 진공 단열과 복합 적용하는 것이 바람직하다.
슈퍼 인슐레이션 단열법은 공기를 매체로 하여 생기는 대류열을 차단하기 위하여 펄라이트 진공 단열보다도 고진공으로 만든다. 단열재는 펄라이트 대신에 다층 단열재인 반사판을 여러 겹으로 내조(10A) 벽 측에 감아둔 것으로 이 반사판은 내조(10A)에만 접촉하며 외조(10B) 내벽에는 접촉되지 않도록 하는 것이 더 바람직하다. 이들 반사판은 외부에서 들어오는 복사열을 반사판의 각층에 의해 감온시켜 외부에서 내조로 들어오는 복사열을 크게 줄여주는데 효과적이다.
반사판은 보통 은박지가 이용되고 있으며 감아주는 매수는 허용 침입열량에 의하여 결정되지만 175ℓ 초저온 용기에는 20~25층 정도로 내조(10A)에 원통 상으로 감으며 반사판의 중간에는 중간 단열종이를 반사판의 열 단락 방지용으로 함께 감아둔 구조이다. 외부에서의 복사열은 반사판의 각층에 의하여 감온되어 외부에서 내조에 이르는 복사열을 크게 줄여준다.
본 발명에서 상기 내조(10A)는 외조(10B) 내측 하부 중앙에 마련되는 지지부(12)의 지지를 받으며 수직 설치되고, 상기 외조(10B)는 외외조(10C)의 내측 하부 사방에 수직 마련되는 지지대의 지지를 받으며 수직 설치된다.
이때, 상기 지지부(12)는 마주보는 한 쌍의 지지패드 사이에 고무재의 쿠션이 부착된 강화플라스틱 지주(12)가 삽입 설치되어, 상기 각각의 지지패드가 내조(10A) 외측 하부면과 외조(10B) 내측 하부면에 고정되는 것이다.
본 발명은 상기와 같이, 내조(10A)의 외측 하부와 외조(10B)의 내측 하부 사이에 지지부(12)를 설치하고, 상기 외조(10B)와 외외조(10C) 사이 공간에 펄라이트(11)를 충전시켜, 단열 성능을 향상시킴과 동시에 내조(10A)와 외조(10B) 및 외조(10B)와 외외조(10C) 사이에 상대변위가 없도록 함으로써, 상기 저장조(10)의 구성요소들의 파손을 방지하며, 특히 각 구성요소 간 고정부위 내지 용접부위의 균열 및 손상을 방지하는 것이 가능하다.
상기와 같은 본 발명은 상기 충전경로(13)를 통해 외부로부터 공급되는 액체가스를 내조(10A)로 유도하여 충전시키게 되는데, 이때, 충전경로(13) 일측 단에 액체가스 주입용 개폐밸브가 마련되어 있어, 액체가스의 충전 및 차단 동작의 제어가 가능하다.
이와 같이 하여, 상기 내조(10A)에 액체가스가 충전되는 과정에서, 내조(10A)의 용량 중 90% 정도 충전되면, 오버플로우경로(14)를 통해 액체가스가 넘쳐 배출되면서 항상 일정한 양이 저장되도록 한다.
상기와 같이 액체가스를 충전 저장한 상태에서 기화 가스가 발생하거나 여타 환경 변화에 의해 사전에 설정된 압력보다 미세하게 높은 압력인 경우, 상기 가스벤트경로(15)의 개폐밸브가 자동 개방되면서 가스를 외부로 배출시킨 후 차단되고, 액체가스를 충전 저장한 상태에서 기화 가스가 급격히 발생하거나 여타 환경 변화에 의해 사전에 설정된 압력보다 매우 높은 압력인 경우, 상기 압력제어부(18)가 가스밴트경로(15) 또는 안정화경로(19)의 개폐밸브를 개방시켜 저장조(10) 내의 압력을 안정 압력으로 다운 유지시킨다.
한편, 이와 같이 액체가스가 저장된 상태에서 액체가스를 사용하고자 할 경우에는, 상기 가스사용경로(16)의 개폐밸브를 개방시켜 사용처 또는 소형 저장용기로 공급한다.
본 발명은 상기와 같이 액체가스를 저장하는 과정 또는 저장 보관 중에 상기 차압측정부(17)가 내조(10A)의 상위레벨과 하위 레벨간의 차압 신호를 AD 변환신호로 출력하고, 상기 압력제어부(18)가 차압측정부(17)에서 입력되는 차압 신호로부터 압력변화를 고려한 액면과 가스 잔존량 데이터베이스를 구축 저장하고, 구축된 데이터베이스를 바탕으로 차압이 입력되면, 액면 높이와 부피 및 잔존량을 계산하여 외부로 표출시키고, 상기 내조(10A)의 압력을 사전에 설정된 레벨로 유지시키도록 한다.
이때, 상기 내조(10A)의 압력을 사전에 설정된 레벨로 유지시키는 것은, 앞서도 설명한 바와 같이, 상기 가스벤트경로(15) 및 안정화경로(19)의 개폐밸브 동작을 제어하여, 팽창되는 내조(10A)의 압력을 조절하는 것에 의해 이루어진다.
이와 같이 되면, 상기 압력제어부(18)가 차압측정부(17)에서 측정된 상부와 하부의 차압을 비교하여 압력을 측정하고, 과압력인 경우, 상기 가스벤트경로(15) 또는 안정화경로(19)를 통해 기화 가스를 배출시킴으로써, 저장탱크 내부의 압력을 안정적으로 제어(압력상승 방지)하는 것이 가능하다.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다.
그 밖에도, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
100 : 극저온 액체가스 저장탱크 10 : 저장조
10A : 내조 10B : 외조
10C : 외외조 11 : 펄라이트
12 : 지지부 13 : 충전경로
14 : 오버플로우경로 15 : 가스벤트경로
16 : 가스사용경로 17 : 차압측정부
18 : 압력제어부 19 : 안정화경로

Claims (7)

  1. 액체가스가 저장되는 내조(10A)와, 상기 내조(10A) 외측에 진공 공간을 형성하는 외조(10B) 및 상기 외조(10B) 외측에 펄라이트(11) 진공 공간을 형성하는 외외조(10C)로 이루어진 저장조(10);
    상기 외조(10B) 내측 하부에 내조(10A)를 지지하는 지지부(12);
    상기 내조(10A)로 액체가스를 주입 충전시키는 충전경로(13);
    상기 내조(10A)에 충전되는 액체가스가 설정된 레벨 이상되면 외부로 배출시키는 오버플로우경로(14);
    상기 내조(10A) 내에서 기화된 가스에 의해 일정 압력 이상이 되면 가스를 배출시키는 가스벤트경로(15);
    상기 내조(10A)에 충전된 액체가스를 사용처로 공급하는 액체가스사용경로(16);
    상기 내조(10A)의 상부와 하부 차압을 측정하는 차압측정부(17);
    상기 차압측정부(17)에서 측정된 상부와 하부의 차압을 비교하여 압력을 측정하여 표출시키고, 과압력인 경우 상기 가스벤트경로(15) 또는 내조(10A) 상방에서 유도되는 안정화경로(19)를 통해 기화 가스를 배출시키는 압력제어부(18); 를 포함하되,
    상기 압력제어부(18)는 차압측정부(17)에서 입력되는 차압 신호로부터 압력변화를 고려한 액면과 가스 잔존량 데이터베이스를 구축 저장하고, 구축된 데이터베이스를 바탕으로 차압이 입력되면, 액면 높이와 부피 및 잔존량을 계산하여 표출시키고, 상기 내조(10A)의 압력을 사전에 설정된 레벨로 유지시키도록 상기 가스벤트경로(15) 또는 안정화경로(19)의 밸브를 제어하는 프로그램 및 논리회로가 탑재된 마이크로컨트롤러를 포함하는 것,
    을 특징으로 하는 극저온 액체가스 저장탱크.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 액체가스는 극저온 액체 헬륨, 액체 수소인 것을 특징으로 하는 극저온 액체가스 저장탱크.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 저장조(10)는 내조(10A)와 외조(10B) 사이 공간은 인슐레이션 단열 처리되고,
    상기 외조(10B)와 외외조(10C) 사이 공간은 펄라이트 진공 단열 처리된 것,
    을 특징으로 하는 극저온 액체가스 저장탱크.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 인슐레이션 단열 처리 구조는 내조(10A)와 외조(10B) 사이 공간에 위치한 면에 반사재인 은박과 차폐재인 특수 단열종이를 사용하여 번갈아 여러 겹으로 감은 후, 10-3 Torr의 고진공 환경을 조성한 것,
    을 특징으로 하는 극저온 액체가스 저장탱크.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 펄라이트 진공 단열 처리 구조는 외조(10B)와 외외조(10C) 사이 공간에 펄라이트를 충전시킨 상태에서 5×10- 2Torr의 고진공 환경을 조성한 것,
    을 특징으로 하는 극저온 액체가스 저장탱크.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 차압측정부(17)는 내조(10A)의 상위레벨과 하위 레벨 간의 차압 신호를 AD 변환신호로 출력하는 차압센서모듈인 것,
    을 특징으로 하는 극저온 액체가스 저장탱크.
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