KR102173701B1 - 액화수소 저장 및 기화수소 포집 시스템 - Google Patents

액화수소 저장 및 기화수소 포집 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR102173701B1
KR102173701B1 KR1020190021850A KR20190021850A KR102173701B1 KR 102173701 B1 KR102173701 B1 KR 102173701B1 KR 1020190021850 A KR1020190021850 A KR 1020190021850A KR 20190021850 A KR20190021850 A KR 20190021850A KR 102173701 B1 KR102173701 B1 KR 102173701B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
hydrogen
collection
unit
storage tank
storage
Prior art date
Application number
KR1020190021850A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200103404A (ko
Inventor
이제명
배진호
황병관
김슬기
김정현
Original Assignee
부산대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 부산대학교 산학협력단 filed Critical 부산대학교 산학협력단
Priority to KR1020190021850A priority Critical patent/KR102173701B1/ko
Publication of KR20200103404A publication Critical patent/KR20200103404A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102173701B1 publication Critical patent/KR102173701B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
    • F17C13/002—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels for vessels under pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C11/00—Use of gas-solvents or gas-sorbents in vessels
    • F17C11/005—Use of gas-solvents or gas-sorbents in vessels for hydrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
    • F17C13/04—Arrangement or mounting of valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/01—Reinforcing or suspension means
    • F17C2203/014—Suspension means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0602—Wall structures; Special features thereof
    • F17C2203/0612—Wall structures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0634—Materials for walls or layers thereof
    • F17C2203/0636—Metals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
    • F17C2205/01—Mounting arrangements
    • F17C2205/0103—Exterior arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2209/00—Vessel construction, in particular methods of manufacturing
    • F17C2209/21—Shaping processes
    • F17C2209/2172—Polishing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/01—Pure fluids
    • F17C2221/012—Hydrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2260/00—Purposes of gas storage and gas handling
    • F17C2260/03—Dealing with losses
    • F17C2260/035—Dealing with losses of fluid
    • F17C2260/036—Avoiding leaks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

본 발명은 액화수소를 저장하는 탱크의 내벽을 수소저장합금으로 제작하여 수소취화 현상을 방지하고, 탱크 내에서 발생한 자연기화가스(BOG: Boil off gas)를 탱크 외부로 배출하여 수소저장합금을 적용한 별도의 수소포집부에 포집하여 저장함으로써 자연기화가스의 외부 유출을 방지하고 재사용할 수 있는 액화수소 저장 및 기화수소 포집 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따른 액화수소 저장 및 기화수소 포집 시스템은, 액화수소를 저장하는 저장탱크; 상기 저장탱크의 외측을 둘러싸도록 설치되어 외부의 열이 저장탱크 내로 전달되는 것을 방지하는 단열부; 상기 저장탱크에서 배출되는 자연 기화된 수소 가스를 흡수하여 저장하는 수소포집부; 상기 수소포집부의 외측을 둘러싸는 포집단열부; 및, 상기 저장탱크로부터 상기 수소포집부로의 수소 가스 배출을 제어하는 수소배출제어부;를 포함한다.

Description

액화수소 저장 및 기화수소 포집 시스템{System for storing liquefied hydrogen and collecting boil-off 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 저장 및 기화수소 포집 시스템에 관한 것이다.
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.
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.
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.
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.
이에 탱크 내에서 발생하는 자연기화가스(BOG: Boil off gas)를 전량 외부로 배출하거나, 추진연료로 재사용하는 방안, 재액화하는 방안 등이 연구되고 있다.
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.
대한민국 공개특허 제10-2002-0058671호(2002.07.12. 공개) 대한민국 공개특허 제10-2018-0095527호(2018.08.27. 공개) 대한민국 등록특허 제10-1744284호(2017.05.31. 등록)
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 수소포집부에 포집하여 저장함으로써 자연기화가스의 외부 유출을 방지하고 재사용할 수 있는 액화수소 저장 및 기화수소 포집 시스템에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액화수소 저장 및 기화수소 포집 시스템은, 액화수소를 저장하는 저장탱크; 상기 저장탱크의 외측을 둘러싸도록 설치되어 외부의 열이 저장탱크 내로 전달되는 것을 방지하는 단열부; 상기 저장탱크에서 배출되는 자연 기화된 수소 가스를 흡수하여 저장하는 수소포집부; 상기 수소포집부의 외측을 둘러싸는 포집단열부; 및, 상기 저장탱크로부터 상기 수소포집부로의 수소 가스 배출을 제어하는 수소배출제어부;를 포함한다.
상기 수소포집부는 상기 포집단열부의 내부에 설치되어 상기 수소배출제어부를 통해 배출되는 수소 가스를 흡수하여 팽창하는 수소저장합금으로 된 수소포집유닛과, 상기 수소포집유닛을 상기 포집단열부 내부에서 지탱하는 서포트유닛을 포함할 수 있다.
상기 서포트유닛은, 상기 포집단열부의 내부에서 상기 수소포집유닛을 둘러싸도록 설치되는 서포트하우징과, 상기 서포트하우징과 상기 수소포집유닛 사이에 배치되어 상기 수소포집유닛을 팽창 및 수축 변형이 가능하게 지지하는 변형허용부재를 포함한다.
상기 변형허용부재는 탄성 변형을 위한 복수의 중공부가 연속적으로 배열된 형태를 가지며, 상기 복수의 변형허용부재의 표면에는 수소포집유닛의 팽창을 허용하기 위한 복수의 홈이 형성된 구조를 가질 수 있다.
상기 변형허용부재는 중공부가 형성되어 있는 원형 또는 다각형 관 형태의 부재가 상기 서포트하우징과 수소포집유닛 사이에서 일렬로 연속적으로 배열되어 구성될 수 있다.
상기 수소포집유닛은, 상기 서포트유닛 내측에 설치되어 수소를 흡수하여 팽창하는 수소저장합금으로 된 함체 형태의 포집프레임과, 수소저장합금으로 되어 상기 포집프레임의 내부에 서로 간격을 두고 배열된 복수의 포집바아를 포함할 수 있다.
상기 포집바아는 포집프레임에 수평 방향 및 연직 방향으로 배열되는 것이 바람직하다.
또한 상기 포집프레임 및 포집바아의 표면은 샌드블라스팅(sand blasting) 처리될 수 있다.
상기 저장탱크는 내부에 상기 액화수소가 저장되는 챔버가 형성되어 있는 수소저장합금으로 된 내벽과, 상기 내벽의 외면을 둘러싸도록 설치되어 내벽을 지지하는 단단한 금속 재질의 외벽을 포함할 수 있다.
상기 수소배출제어부는, 상기 저장탱크의 상부와 상기 수소포집부를 연결하여 저장탱크의 수소 가스를 수소포집부로 안내하는 수소가스배출관과, 상기 저장탱크 내부의 압력에 따라 개방 또는 폐쇄되면서 수소가스배출관을 통한 수소 가스의 배출을 제어하는 제어밸브를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 액화수소를 저장탱크에 저장하여 운송하는 과정에서 액화수소가 자연 기화되어 수소 가스가 발생할 경우, 수소 가스가 저장탱크 외부에 구성된 수소포집부로 배출되어 수소저장합금으로 된 수소포집유닛에 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화수소 저장 및 기화수소 포집 시스템의 정면에서 본 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 액화수소 저장 및 기화수소 포집 시스템의 측면에서 본 단면도이다.
도 3은 도 1의 A 부분에 대한 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 부분의 일부분을 확대 및 절개하여 나타낸 도면이다.
도 5는 도 3에 도시된 부분의 수소 흡수 및 방출 시의 작동례를 나타낸 도면이다.
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.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 액화수소 저장 및 기화수소 포집 시스템을 후술된 실시예들에 따라 구체적으로 설명하도록 한다. 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액화수소 저장 및 기화수소 포집 시스템는, 액화수소(LH2)를 저장하는 저장탱크(10), 상기 저장탱크(10)의 외측을 둘러싸도록 설치되어 외부의 열이 저장탱크(10) 내로 전달되는 것을 방지하는 단열부(20), 상기 저장탱크(10)에서 배출되는 자연 기화된 수소 가스를 흡수하여 저장하는 수소포집부(30), 상기 수소포집부(30)의 외측을 둘러싸는 포집단열부(25), 및 상기 저장탱크(10)로부터 상기 수소포집부(30)로의 수소 가스 배출을 제어하는 수소배출제어부를 포함한다.
상기 저장탱크(10)는 -253℃ 이하의 극저온 액화수소(LH2)를 저장하는 용기를 이루는 것으로, 내부에 상기 액화수소가 저장되는 챔버가 형성되어 있는 수소저장합금으로 된 내벽(11)과, 상기 내벽(11)의 외면을 둘러싸도록 설치되어 내벽(11)을 지지하는 단단한 금속 재질의 외벽(12)을 포함한다. 상기 외벽(12)은 극저온 저항성이 우수한 금속인 SUS 304L, Stainless, Aluminium 등으로 이루어질 수 있다.
상기 내벽(11)은 수소를 흡수하여 저장할 수 있는 수소저장합금으로 이루어진다. 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.
상기 단열부(20)는 상기 저장탱크(10)의 외측을 완전히 둘러싸도록 구성되어 저장탱크(10) 내의 액화수소가 외부의 온도에 의한 영향을 받는 것을 억제하는 작용을 한다. 상기 단열부(20)는 공지의 액화수소 또는 액화질소 등의 극저온 액화가스 저장 시스템에 구성되는 단열재를 적용하여 구성할 수 있다.
상기 저장탱크(10)가 단열부(20)로 둘러싸여 외부의 열이 저장탱크(10) 내로 쉽게 전달될 수는 없으나, 열을 완전히 차단할 수는 없다. 따라서 저장탱크(10) 내에서의 액화수소(LH2)의 자연 기화를 완전히 없앨 수는 없으며, 매우 적은 양이지만 어느 정도의 자연 기화가 수반될 수 밖에 없다.
상기 저장탱크(10) 내에서 발생한 자연 기화 수소가스는 수소저장합금으로 된 내벽(11)에서 흡수되지만, 내벽(11)의 수소 저장 용량을 초과하는 수소 가스는 수소배출제어부에 의해 수소포집부(30)로 배출되어 포집된다.
상기 수소배출제어부는 상기 저장탱크(10)의 상부와 상기 수소포집부(30)를 연결하여 저장탱크(10)의 수소 가스를 수소포집부(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. 상기 수소가스배출관(41) 및 제어밸브(42)는 극저온 저항성이 우수한 재료로 만들어진다.
상기 수소포집부(30)는 단열부(20)의 상부에 배치되며, 포집단열부(25) 내에 밀폐되게 구성된다. 상기 포집단열부(25)는 상기 단열부(20)와 동일하거나 유사한 단열재를 적용하여 구성될 수 있다.
상기 수소포집부(30)는 상기 포집단열부(25)의 내부에 설치되어 상기 수소배출제어부를 통해 배출되는 수소 가스를 흡수하여 팽창하는 수소저장합금으로 된 수소포집유닛과, 상기 수소포집유닛을 상기 포집단열부(25) 내부에서 지탱하는 서포트유닛을 포함한다.
상기 수소포집유닛은 작은 설치 공간 내에서 최대한 많은 양의 수고 가스를 포집할 수 있도록 구성된다. 이를 위해 이 실시예에서 수소포집유닛은 상기 서포트유닛을 구성하는 서포트하우징(35)의 내측에 설치되어 수소를 흡수하여 팽창하는 수소저장합금으로 된 함체 형태의 포집프레임(31)과, 수소저장합금으로 되어 상기 포집프레임(31)의 내부에 서로 간격을 두고 배열되는 복수의 포집바아(32)를 포함한다.
상기 포집프레임(31)은 직육면체의 함체 형태를 가지며, 서포트하우징(35)의 내부에 일정한 간격을 두고 설치된다. 상기 포집프레임(31)의 하부면은 상기 서포트유닛의 하부를 통과하는 수소가스배출관(41)과 연결되어 수소 가스를 공급받는다.
상기 포집바아(32)는 포집프레임(31)의 내측 공간에 수평 방향 및 연직 방향으로 배열되면서 교차하지만, 수소 흡수에 의한 팽창량을 고려하여 서로 접촉하지 않고 일정한 간격을 두고 설치된다. 상기 포집바아(32)는 소정의 직경을 갖는 원형 바아 또는 다각형 바아로 이루어질 수 있다. 또한 표면적을 증가시켜 수소 저장 능력을 향상시킬 수 있도록 하기 위하여 상기 포집프레임(31) 및 포집바아(32)의 표면은 샌드블라스팅(sand blasting) 처리될 수 있다.
상기 서포트유닛은 상기 수소포집유닛의 포집프레임(31)을 팽창 및 수축 변형이 가능하게 지탱하는 것으로, 포집단열부(25)의 내부에서 상기 포집프레임(31)을 둘러싸도록 설치되는 서포트하우징(35)과, 상기 서포트하우징(35)과 상기 포집프레임(31) 사이에 배치되어 상기 포집프레임(31)을 팽창 및 수축 변형이 가능하게 지지하는 변형허용부재(36)를 포함한다.
상기 서포트하우징(35)은 직육면체의 함체 형태로 되어 포집단열부(25)의 내측에 수용되며, 수소포집유닛의 팽창 변형을 견딜 수 있는 높은 강도와 극저온 저항성을 갖는 강재를 사용하여 만들어질 수 있다.
상기 변형허용부재(36)는 중공관 형태로 되어 복수가 상기 서포트하우징(35)과 상기 포집프레임(31) 사이에서 연속적으로 배열된다. 상기 변형허용부재(36)는 탄성 변형을 위한 복수의 중공부(37)가 연속적으로 배열된 하니컴(honeycomb) 형태를 가지며, 상기 복수의 변형허용부재(36)의 표면에는 수소포집유닛의 팽창을 허용하기 위한 복수의 홈(38)이 형성된 구조를 갖는다. 상기 변형허용부재(36)는 일체형으로 만들어질 수 있으나, 이와 다르게 중공부(37)가 형성되어 있는 원형 또는 다각형(바람직하기로 육각형) 관 형태의 부재가 서포트하우징(35)과 포집프레임(31) 사이에서 가로 또는 세로 방향을 따라 일렬로 연속적으로 배열됨으로써 만들어질 수 있다.
상기 변형허용부재(36)의 홈(38)은 상기 포집바아(32)와 대응하는 위치에 형성됨이 바람직하다.
이와 같이 서포트하우징(35)과 포집프레임(31) 사이에 하니컴(honeycomb) 형태의 변형허용부재(36)가 형성되면, 도 5에 도시한 것과 같이 포집프레임(31)과 포집바아(32)가 수소를 흡수하여 팽창할 때 팽창 변형되는 부분이 변형허용부재(36)의 홈(38) 내측으로 들어가면서 팽창이 원활하게 이루어지고 수소의 흡수가 원활하게 이루어질 수 있다. 또한 상기 홈(38)의 크기를 넘어가는 포집프레임(31) 및 포집바아(32)의 변형은 변형허용부재(36)를 탄성 변형시키면서 지속될 수 있다.
이러한 구성으로 이루어진 액화수소 저장 및 기화수소 포집 시스템는 다음과 같이 작동한다.
저장탱크(10) 내에 액화수소(LH2)를 저장하여 운반하는 과정에서 저장탱크(10) 내에서 기화된 수소 가스는 1차적으로 수소저장합금으로 된 내벽(11)에서 흡수된다. 상기 저장탱크(10)의 내벽(11)에 흡수되지 않은 수소 가스의 양이 증가하여 저장탱크(10) 내부의 압력이 일정한 압력값 이상으로 상승하게 되면, 제어밸브(42)가 개방되면서 저장탱크(10) 내부의 수소 가스가 수소가스배출관(41)을 통해 수소포집부(30)의 포집프레임(31) 내측 공간으로 배출된다.
상기 포집프레임(31)의 내측 공간으로 배출된 수소 가스는 수소저장합금으로 된 복수의 포집바아(32) 및 포집프레임(31)에 흡수되어 포집된다. 이 때 상기 포집바아(32) 및 포집프레임(31)은 수소를 흡수함에 따라 점차적으로 팽창하게 되며, 서포트유닛의 변형허용부재(36)에 형성된 홈(38)에 의해 팽창 변형이 자연스럽게 유도되므로 수소의 흡수가 원활하게 이루어질 수 있게 된다.
또한 포집프레임(31) 내에 배열된 복수의 포집바아(32)는 서로 일정 거리 이격되게 설치되어 있기 때문에 포집바아(32)들이 팽창하더라도 서로 접촉하지 않고 원활하게 팽창 변형될 수 있다.
상술한 것과 같이 액화수소(LH2)를 저장탱크(10)에 저장하여 운송하는 과정에서 액화수소가 자연 기화되어 수소 가스가 발생할 경우, 수소 가스가 저장탱크(10) 외부에 구성된 수소포집부(30)로 배출되고, 수소저장합금으로 된 수소포집유닛, 즉 포집프레임(31) 및 포집바아(32)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.
상기 수소포집유닛에 포집된 수소 가스는 목적지에 도착한 후 방출하여 재사용할 수 있다.
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.
LH2 : 액화수소 10 : 저장탱크
20 : 단열부 25 : 포집단열부
30 : 수소포집부 31 : 포집프레임
32 : 포집바아 35 : 서포트하우징
36 : 변형허용부재 37 : 중공부
38 : 홈 41 : 수소가스배출관
42 : 제어밸브

Claims (10)

  1. 액화수소를 저장하는 저장탱크;
    상기 저장탱크의 외측을 둘러싸도록 설치되어 외부의 열이 저장탱크 내로 전달되는 것을 방지하는 단열부;
    상기 저장탱크에서 배출되는 자연 기화된 수소 가스를 흡수하여 저장하는 수소포집부;
    상기 수소포집부의 외측을 둘러싸는 포집단열부;
    및,
    상기 저장탱크로부터 상기 수소포집부로의 수소 가스 배출을 제어하는 수소배출제어부;
    를 포함하고,
    상기 수소포집부는 상기 포집단열부의 내부에 설치되어 상기 수소배출제어부를 통해 배출되는 수소 가스를 흡수하여 팽창하는 수소저장합금으로 된 수소포집유닛과, 상기 수소포집유닛을 상기 포집단열부 내부에서 지탱하는 서포트유닛을 포함하며,
    상기 서포트유닛은, 상기 포집단열부의 내부에서 상기 수소포집유닛을 둘러싸도록 설치되는 서포트하우징과, 상기 서포트하우징과 상기 수소포집유닛 사이에 배치되어 상기 수소포집유닛을 팽창 및 수축 변형이 가능하게 지지하는 변형허용부재를 포함하고,
    상기 변형허용부재는 탄성 변형을 위한 중공부가 형성되어 있는 원형 또는 다각형 관 형태의 부재가 상기 서포트하우징과 수소포집유닛 사이에서 일렬로 연속적으로 배열되어 구성되고, 상기 복수의 변형허용부재의 표면에는 수소포집유닛의 팽창을 허용하기 위한 복수의 홈이 형성되고,
    상기 수소포집유닛은, 상기 서포트유닛 내측에 설치되어 수소를 흡수하여 팽창하는 수소저장합금으로 된 함체 형태의 포집프레임과, 원형 바아 또는 다각형 바아 형태를 갖는 수소저장합금으로 되어 상기 포집프레임의 내부에 수평 방향 및 연직 방향으로 서로 간격을 두고 배열된 복수의 포집바아를 포함하며,
    상기 변형허용부재의 홈은 상기 포집바아와 대응하는 위치에 형성된 액화수소 저장 및 기화수소 포집 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 포집프레임 및 포집바아의 표면은 샌드블라스팅(sand blasting) 처리된 액화수소 저장 및 기화수소 포집 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 저장탱크는 내부에 상기 액화수소가 저장되는 챔버가 형성되어 있는 수소저장합금으로 된 내벽과, 상기 내벽의 외면을 둘러싸도록 설치되어 내벽을 지지하는 단단한 금속 재질의 외벽을 포함하는 액화수소 저장 및 기화수소 포집 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 수소배출제어부는, 상기 저장탱크의 상부와 상기 수소포집부를 연결하여 저장탱크의 수소 가스를 수소포집부로 안내하는 수소가스배출관과, 상기 저장탱크 내부의 압력에 따라 개방 또는 폐쇄되면서 수소가스배출관을 통한 수소 가스의 배출을 제어하는 제어밸브를 포함하는 액화수소 저장 및 기화수소 포집 시스템.
KR1020190021850A 2019-02-25 2019-02-25 액화수소 저장 및 기화수소 포집 시스템 KR102173701B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190021850A KR102173701B1 (ko) 2019-02-25 2019-02-25 액화수소 저장 및 기화수소 포집 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190021850A KR102173701B1 (ko) 2019-02-25 2019-02-25 액화수소 저장 및 기화수소 포집 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200103404A KR20200103404A (ko) 2020-09-02
KR102173701B1 true KR102173701B1 (ko) 2020-11-03

Family

ID=72449998

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190021850A KR102173701B1 (ko) 2019-02-25 2019-02-25 액화수소 저장 및 기화수소 포집 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102173701B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230046119A (ko) * 2021-09-29 2023-04-05 한국생산기술연구원 액화수소 기화가스 저장용 수소저장시스템
WO2023225343A3 (en) * 2022-05-20 2023-12-14 Numat Technologies, Inc. Liquefied gas system with boil-off capture

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102379650B1 (ko) * 2021-11-16 2022-03-29 성우인스트루먼츠 주식회사 대기식 고압 수소 기화 장치 및 이를 이용한 수소 충전 장치
CN114738669B (zh) * 2022-03-30 2024-04-12 北京潞电电气设备有限公司 一种预防氢气爆炸的储氢系统
CN116123439B (zh) * 2022-12-26 2023-10-03 江苏韦兰德特种装备科技有限公司 一种用于lng气瓶的保温材料

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004011851A (ja) * 2002-06-10 2004-01-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd 水素吸蔵合金を充填した水素貯蔵容器
JP2007069184A (ja) * 2005-09-09 2007-03-22 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 低温水素吸着放出用水素吸着材料及び低温水素貯蔵容器
JP4119304B2 (ja) * 2003-05-20 2008-07-16 トヨタ自動車株式会社 ガス貯蔵装置
JP4706384B2 (ja) * 2005-08-08 2011-06-22 トヨタ自動車株式会社 水素貯蔵装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020058671A (ko) 2000-12-30 2002-07-12 이계안 차량용 연료 전지 시스템
KR101744284B1 (ko) 2015-08-13 2017-06-07 하이리움산업(주) 액화수소 저장용기
EP3394498B1 (en) 2015-12-22 2020-01-29 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Ship containment system for liquified gases

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004011851A (ja) * 2002-06-10 2004-01-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd 水素吸蔵合金を充填した水素貯蔵容器
JP4119304B2 (ja) * 2003-05-20 2008-07-16 トヨタ自動車株式会社 ガス貯蔵装置
JP4706384B2 (ja) * 2005-08-08 2011-06-22 トヨタ自動車株式会社 水素貯蔵装置
JP2007069184A (ja) * 2005-09-09 2007-03-22 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 低温水素吸着放出用水素吸着材料及び低温水素貯蔵容器

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230046119A (ko) * 2021-09-29 2023-04-05 한국생산기술연구원 액화수소 기화가스 저장용 수소저장시스템
KR102595622B1 (ko) * 2021-09-29 2023-10-31 한국생산기술연구원 액화수소 기화가스 저장용 수소저장시스템
WO2023225343A3 (en) * 2022-05-20 2023-12-14 Numat Technologies, Inc. Liquefied gas system with boil-off capture

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200103404A (ko) 2020-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102173701B1 (ko) 액화수소 저장 및 기화수소 포집 시스템
KR102144518B1 (ko) 액화수소 저장장치
US6994104B2 (en) Modular system for storing gas cylinders
US10317008B2 (en) Container for a system for storing and restoring heat, comprising at least two modules formed from concrete
AU2010318039B2 (en) Hydrogen storage tank having metal hydrides
KR102478353B1 (ko) 선박용 액화수소 저장탱크
JP2013537961A (ja) Ｌｎｇタンクへのパイプを接続するための構造
KR101571427B1 (ko) 화물창 슬로싱 저감장치와 이를 구비하는 액화가스 화물창
KR102473949B1 (ko) 선박용 액화수소 저장탱크의 증발가스 처리시스템
KR102543434B1 (ko) 선박용 액화수소 저장탱크의 로딩 시스템
JP5782305B2 (ja) 液化ガスタンク
KR20200004609A (ko) 선박용 액화수소 저장탱크
KR20160004754A (ko) 액화천연가스 저장탱크 및 액화천연가스 저장 탱크의 단열벽 고정장치
JP2003166697A (ja) 水素貯蔵タンク
KR101359981B1 (ko) 액화천연가스의 저장용기
KR102165068B1 (ko) 액화천연가스 저장탱크 및 액화천연가스 저장 탱크의 단열벽 고정장치
KR101945695B1 (ko) 액화가스 운반선용 펌프타워
JP7009004B1 (ja) 気泡を利用した浮力発電装置及び気泡を利用した浮力発電方法
KR101599284B1 (ko) 액화연료 저장탱크
KR102585055B1 (ko) 선박용 탱크
US20230213146A1 (en) Insulation support and liquid hydrogen storage container containing the insulation support for automotive
KR101594104B1 (ko) 액화천연가스 저장탱크 및 액화천연가스 저장 탱크의 밀봉벽
KR101465592B1 (ko) 통합형 초저온 액화가스 저장용기
KR20120127223A (ko) 액화천연가스 저장용기의 구조 및 제작방법
KR102266246B1 (ko) 액화천연가스 화물창의 단열 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant