KR102280251B1 - 열전 극저온 물질 저장용기 - Google Patents

열전 극저온 물질 저장용기 Download PDF

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Abstract

열전 극저온 물질 저장용기가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 열전 극저온 물질 저장용기는 극저온 액화 물질이 내부에 수용되는 내부용기, 상기 내부용기에 연결되어 상기 극저온 액화 물질을 외부로부터 상기 내부용기로 공급하는 공급관, 상기 내부용기를 이격된 상태로 수용하는 외부용기, 상기 내부용기에 연결되고 상기 내부용기에서 상기 극저온 액화 물질이 기화된 기화물질이 상기 외부용기의 외부로 배출되도록 구비되는 배출관, 및 일측은 상기 공급관의 외측에 접촉되고 타측은 상기 배출관의 외측에 접촉되며, 전류가 공급될 경우 상기 타측은 발열측이 되고 상기 일측은 냉각측이 되도록 구비되는 열전모듈을 적어도 하나 포함한다.

Description

열전 극저온 물질 저장용기{Thermoelectric Cryogenic Material Storage Container}
본 발명은 열전 극저온 물질 저장용기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열전모듈을 이용하여 열유입의 차단 및/또는 열전발전을 할 수 있는 효과적인 열전 극저온 물질 저장용기에 관한 것이다.
최근들어 급속한 산업화의 발달 및 인구의 증가로 인해 에너지 수요가 지속적으로 증가하고 있으며, 이에 따라 화석 연료의 고갈에 따른 대체 에너지 수급이 절실한 상황이다.
이러한 전 세계적으로 직면하고 있는 복잡한 에너지 문제들을 해결하기 위해 주목을 받고 있는 대체 에너지로 수소 연료가 꼽히고 있다.
이러한 수소연료는 지구상에서 탄소와 질소 다음으로 가장 풍부한 원소일 뿐만 아니라, 연소 시에 극히 미량의 질소산화물만을 생성시킬 뿐 다른 공해물질은 전혀 배출하지 않는 깨끗한 에너지원이고, 지구상에 존재하는 풍부한 양의 물을 원료로 하여 만들어낼 수 있으며, 사용 후에도 다시 물로 재순환되기 때문에 고갈의 우려가 없는 뛰어난 대체 에너지원이라 할 수 있다.
이러한 수소연료를 이용하기 위한 가장 중요한 과제는 수소의 저장방법으로, 고압가스 실린더나, 지질학적 특성이 갖추어진 지하, 또는 배관시스템 등에 압축 저장하는 방법과, 금속수소화물(Metal hydride), 탄소 나노튜브(Carbon nanotube), 유리 미소구체(Glass microspheres) 등을 이용한 고체흡착 저장하는 방법과, 극저온(-253℃) 상태의 용기에 액화된 상태로 저장하는 방법 등이 있다.
특히, 액화된 상태의 수소는 극저온 형태로 저장되기 때문에 외부 열원으로부터 전도, 대류 및 복사 등에 의한 미량의 열이 전달되는 경우 수소의 기화를 초래하며, 이러한 기화에 따른 손실율은 용기의 크기, 모양, 단열재의 형태에 따라 달라질 수 있다.
본 출원인은 이러한 액화수소 저장용기의 외부로부의 열유입을 감소시키기 위한 기술적 사상으로써 한국공개특허(공개번호 제10-2017-0020092호, 액화수소 저장용기, 이하, '이전출원')을 개시한 바 있다.
상기의 이전출원은 외부로부터 액화수소 저장용기로 유입되는 복사열을 효과적으로 감소 또는 차단시키는 기술적 사상을 제공하고 있지만, 액화수소를 저장용기의 내부로 인입시키기 위한 공급관을 통한 전도열의 유입에 대해서는 여전히 문제점을 가지고 있다.
한국공개특허(공개번호 제10-2017-0020092호) "액화수소 저장용기"
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 액화수소와 같은 액화된 극저온 물질을 저장할 수 있는 저장용기에 열전모듈을 도입하여 효과적으로 외부로부터의 전도열의 유입을 감소 및/또는 차단함으로써 액화된 극저온 물질의 기화로 인한 문제점을 감소시킬 수 있는 열전 극저온 물질 저장용기를 제공하는 것이다.
또한 열전모듈을 이용하여 극저온 물질의 저장용기에서 자체적으로 열전발전을 수행할 수 있도록 함으로써, 상기 저장용기 자체 또는 상기 저장용기를 채용하고 있는 시스템(예컨대, 드론, 자동차 등)의 에너지 원으로 사용함으로써 에너지 효율을 높일 수 있는 열전 극저온 물질 저장용기를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 열전 극저온 물질 저장용기는 극저온 액화 물질이 내부에 수용되는 내부용기, 상기 내부용기에 연결되어 상기 극저온 액화 물질을 외부로부터 상기 내부용기로 공급하는 공급관, 상기 내부용기를 이격된 상태로 수용하는 외부용기, 상기 내부용기에 연결되고 상기 내부용기에서 상기 극저온 액화 물질이 기화된 기화물질이 상기 외부용기의 외부로 배출되도록 구비되는 배출관, 및 일측은 상기 공급관의 외측에 접촉되고 타측은 상기 배출관의 외측에 접촉되며, 전류가 공급될 경우 상기 타측은 발열측이 되고 상기 일측은 냉각측이 되도록 구비되는 열전모듈을 적어도 하나 포함한다.
상기 배출관은 나선형으로 상기 공급관의 외부를 둘러싸도록 구비될 수 있다.
상기 열전 극저온 물질 저장용기는 상기 공급관의 외면과 상기 열전모듈의 상기 일측 사이에 구비되는 제1매체를 더 구비하고, 상기 공급관의 외면과 상기 열전모듈의 상기 일측은 상기 제1매체를 통하여 접촉될 수 있다.
상기 열전 극저온 물질 저장용기는 상기 배출관의 외면과 상기 열전모듈의 상기 타측 사이에 구비되는 제2매체를 더 구비하고, 상기 배출관의 외면과 상기 열전모듈의 상기 타측은 상기 제2매체를 통하여 접촉될 수 있다.
상기 제1매체 또는 상기 제2매체는 구리 또는 알루미늄 재질로 구현될 수 있다.
상기 열전모듈은 전류가 인가되지 않는 경우 상기 공급관의 외측과 상기 배출관의 외측의 온도 차이에 따른 열전발전을 수행할 수 있다.
다른 실시 예에 따른 열전 극저온 물질 저장용기는 극저온 액화 물질이 내부에 수용되는 내부용기, 상기 내부용기에 연결되어 상기 극저온 액화 물질을 외부로부터 상기 내부용기로 공급하는 공급관, 상기 내부용기를 이격된 상태로 수용하는 외부용기, 상기 내부용기에 연결되고 상기 내부용기에서 상기 극저온 액화 물질이 기화된 기화물질이 상기 외부용기의 외부로 배출되도록 구비되는 배출관, 및 적어도 하나의 열전모듈을 포함하며, 상기 적어도 하나의 열전모듈의 일측은 상기 내부용기 또는 상기 공급관의 외측과 접촉되며, 상기 적어도 하나의 열전모듈의 타측은 상기 배출관의 외측과 접촉되며 상기 적어도 하나의 열전모듈은 상기 일측과 상기 타측의 온도차이에 따른 열전발전을 수행할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따르면, 액화수소와 같은 액화된 극저온 물질을 저장할 수 있는 저장용기에 열전모듈을 도입하여 효과적으로 외부로부터의 전도열의 유입을 감소 및/또는 차단함으로써 액화된 극저온 물질의 기화로 인한 문제점을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 열전모듈을 이용하여 극저온 물질의 저장용기에서 자체적으로 열전발전을 수행할 수 있도록 함으로써, 상기 저장용기 자체 또는 상기 저장용기를 채용하고 있는 시스템(예컨대, 드론, 자동차 등)의 에너지 원으로 사용할 수 있도록 함으로써 에너지 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 열전 극저온 물질 저장용기 구조의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 열전모듈의 개략적인 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 저장용기와 열전모듈의 결합방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 열전 극저온 물질 저장용기의 열전도량의 감소효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 열전 극저온 물질 저장용기의 구조를 나타내는 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한 본 명세서에 있어서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 중심으로 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 열전 극저온 물질 저장용기 구조의 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 열전 극저온 물질 저장용기(1)는 내부용기(10), 공급관(20), 배출관(30), 및 외부용기(40)를 구비한다.
내부용기(10)는 극저온 물질을 내부에 수용할 수 있다.
본 명세서에서 극저온 물질은 액화 수소인 경우를 예시적으로 설명하지만, 이에 국한되지는 않으며 액화헬륨, 액화질소, 액화산소, LNG(Liquid Natural Gas)등과 같이 극저온에서 액화된 상태로 있으며 쉽게 기화가 되는 다양한 물질이 본 발명의 기술적 사상에 따른 열전 극저온 물질 저장용기(1)에 저장될 수 있음을 본 발명의 기술분야의 평균적 전문가는 용이하게 추론할 수 있을 것이다.
상기 내부용기(10)는 이전출원에 도시된 바와 같이 내측면에 기체유로가 구비되어 외부로부터의 복사열을 차단할 수 있도록 구현될 수도 있지만, 본 명세서에서는 본 발명의 기술적 특징에 대해서만 집중적으로 설명하기 위해 별도의 설명은 생략하도록 한다.
상기 내부용기(10)는 외부용기(40)와 이격되게 구현되며, 실시 예에 따라서는 이전출원에 개시된 바와 같이 상기 내부용기(10)의 하단을 지지할 수 있는 소정의 지지대 또는 고정부재(미도시)가 상기 열전 극저온 물질 저장용기(1)에 더 구비될 수도 있다.
상기 내부용기(10)는 일측(예컨대, 상부)에서 외부용기(40)의 외부로 연통된 공급관(20)을 통해 액화된 상태의 극저온 물질을 인입하여 저장할 수 있다.
그리고 내부용기(10)의 외면에는 방사율을 높여 외부에서 침투한 복사열이 반사되도록 코팅(coating) 처리된 차단층이 형성될 수 있으며 이러한 차단층을 형성하기 위한 재질로는 구리 또는 크롬 등이 사용될 수 있다.
또한, 도시하지는 않았으나 차단층이 형성된 내부용기(10)의 외부 측벽에는 섬유(fiber) 재질을 코일 형상으로 촘촘하게 권취하여 내부용기(10)의 강도가 보강되도록 할 수 있다.
외부용기(40)는 내부 공간에 내부용기(10)를 수용할 수 있는 크기로 형성되어 외부용기(40)의 내면과 내부용기(10)의 외면이 상호 이격된 상태가 되도록 설치될 수 있다. 이처럼 내부용기(10)와 외부용기(40)가 이격되게 설치됨으로써 외부용기(40)에 가해진 열이 전도(conduction, 傳導)되어 내부용기(10)에 전달되는 것을 방지하고, 이와 더불어 내부용기(10)에 직접적인 충격이 가해지는 것을 방지할 수 있다.
한편, 내부용기(10)와 외부용기(40)의 이격된 공간은 단열재로 충진하거나 진공상태로 유지되도록 상기 열전 극저온 물질 저장용기(1)가 구현될 수 있다. 진공이 유지됨으로써 진공단열(Vacuum insulation)이 이루어지도록 하고 외부용기(40)에 가해진 열이 대류(convection, 對流)에 의해 내부용기(10)에 전달되는 것을 방지할 수 있다.
상기 공급관(20)은 상술한 바와 같이 외부로부터 액화된 상태의 극저온 물질을 상기 내부용기(10)로 유입시키기 위한 통로의 기능을 할 수 있다. 상기 공급관(20)의 상단에는 소정의 장치(예컨대, 밸브 등)가 구비되어 필요한 경우 개방되어 액화 극저온 물질을 충전시킬 수 있으며, 연료로써 외부로 배출되어야 하는 경우에도 필요한 양만큼 배출될 수 있도록 설치될 수 있다.
이러한 공급관(20)을 통해서는 상당한 양의 열전도가 이루어질 수 있는데 이러한 열전도로 인해 열이 내부용기(10)의 내부로 유입되는 경우에는 액화된 상태의 극저온 물질이 더욱 빨리 기화가 되어 연료의 손실이 이루어지는 문제점이 있다.
따라서 본 발명에 의하면 이러한 공급관(20)을 통한 열전도를 차단 또는 감소시키는 기술적 사상을 후술하는 바와 같이 제공할 수 있다.
배출관(30)은 기화된 극저온 물질을 외부용기(40)의 외부로 배출하기 위해 설치될 수 있다.
상기 배출관(30)은 상기 내부용기(10)와 소량의 열이 복사, 전도 등을 통해 내부용기(10)의 내부로 유입되는 경우에도 액화된 극저온 물질이 쉽게 기화가 될 수 있고, 이렇게 기화가 되면 내부용기(10)의 내부압력이 높아지므로 안전을 위해 필수적으로 기화된 극저온 물질(예컨대, 기체수소)을 외부로 배출하여야 하는데, 이를 위해 상기 배출관(30)은 내부용기(10)와 일측으로부터 외부용기(40)의 외부까지 연통될 수 있도록 구현될 수 있다.
상기 배출관(30)의 배출측 말단에는 기체의 압력에 따라 선택적으로 기체를 배출하기 위한 소정의 밸브(예컨대, 안전릴리프 밸브 등, 50)가 구비될 수 있음은 물론이다. 이러한 배출관(30)은 도 1에서는 하나인 경우를 예시적으로 도시하고 있지만 복수 개의 배출관(30)이 구비될 수도 있음은 물론이다.
한편, 상기 배출관(30)은 기화된 극저온 물질이 배출되는 통로인데, 비록 기화가 된 극저온 물질이 액화 상태의 극저온 물질보다는 온도가 높다고 하더라도, 공급관(20)은 외부와 연통되어 있어서 전도를 통한 열유입으로 인해 배출관(30)의 온도가 공급관(20)의 온도에 비해서는 낮을 수 있다. 물론 공급관(20)의 상부쪽(외부쪽)으로 갈수록 온도가 더 높을 수 있고 공급관(20)의 하부쪽(내부용기(10) 쪽)으로 갈수록 온도가 더 낮을 수 있다.
따라서 상대적으로 더 온도가 낮은 배출관(30)을 이용해서 공급관(20)의 온도를 낮춤으로 인해 공급관(20)을 통해 전도되는 열량을 줄일 수 있다.
특히 본 발명의 기술적 사상에 따르면 열전모듈(60)을 이용해 이러한 공급관(20)의 온도를 더욱 낮출 수 있는 효과가 있다.
열전모듈(60)은 도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 열전 반도체소자들(P형 열전 반도체 소자 및 N 형 열전 반도체 소자, 60-1)이 서로 이격된 두 기판들(60-2, 60-2) 사이에 배치되고, 두 기판들(60-2, 60-3)의 양쪽 내측면에 각각 부착되어 있는 다수개의 전기접점에 솔더링 또는 브레이징 결합되며, 전기적으로는 모든 열전 반도체소자들(60-1)은 직렬로 연결되도록 배치된다.
이러한 열전모듈(60)에 전압을 인가하면 직렬로 연결된 P형 열전반도체소자 및 N형 열전반도체소자 사이로 직류전류가 통과하면서 P형 열전반도체소자 및 N형 열전반도체소자가 각각 부착된 전기접점에서 전류의 흐르는 방향에 따라 냉각이나 발열이 생성된다. 즉, 어느 하나의 기판(예컨대, 60-2)은 발열측이 되고 다른 어느 하나의 기판(예컨대, 60-3)은 냉각측이 되며, 전류의 방향을 변경하면 발열측과 냉각측이 변경되게 된다.
이때 냉각측은 항상 발열측에 비해 온도가 낮아질 수 있게 되며, 이러한 열전모듈(60)의 특성을 이용하면 단순히 배출관(30)의 온도를 이용해 공급관(20)의 온도를 낮추는 것에 비해 더 낮은 온도로 공급관(20)을 냉각할 수 있게 된다.
이를 위해 상기 열전모듈(60)은 발열측(예컨대, 60-2)이 배출관(30)의 외측에 접촉하도록 설치되고, 냉각측(예컨대, 60-3)이 공급관(20)의 외측에 접촉되도록 설치될 수 있다.
본 명세서에서 열전모듈(60)의 일측이 공급관(20) 또는 배출관(30)의 외측에 접촉된다고 함은, 열전모듈(60)의 일측과 공급관(20) 또는 배출관(30)이 직접 접촉하는 경우뿐만 아니라 소정의 열전도성이 높은 열전달 매체를 통해 접촉되는 경우를 포함하는 의미일 수 있다.
또한 도 1에 도시된 바와 같이 상기 배출관(30)은 상기 공급관(20)의 외부를 나선형으로 감싸도록 구현된 경우를 도시하고 있지만, 실시 예에 따라서는 공급관(20)과 근접한 위치에서 나란히 직선으로 배출관(30)이 설치될 수도 있다. 하지만 나선형으로 감싸도록 구현된 경우에는 배출관(30)의 낮은 온도가 상기 공급관(20)의 온도를 낮추는데 더 효과적일 수 있다.
한편, 도 1에서는 열전모듈(60)에 전류를 공급하기 위한 전원 및 전선 등은 설명의 편의를 위해 도시하지 않았지만, 상기 열전 극저온 물질 저장용기(1)의 내부 또는 외부에 필요에 따라 설치될 수 있음을 본 발명의 기술분야의 평균적 전문가는 용이하게 추론할 수 있을 것이다. 또한 실시 예에 따라 열전모듈(60)에 전류를 공급하기 위한 전선이 외부용기(40)를 관통하도록 설치되는 경우에는 관통지점에 대한 단열이 필요할 수 있음은 물론이다.
도 1에 도시된 바와 같이 상기 배출관(30)은 상기 열전모듈(60)의 발열측에 직접 접촉되고, 상기 열전모듈(60)의 타측인 냉각측은 상기 공급관(20)에 직접 접촉될 수 있도록 배치될 수 있다.
하지만 이러한 경우에는 접촉면이 상대적으로 좁을 수 있고 또한 구조적으로 접착의 견고성이 낮아질 수 있다.
따라서 실시 예에 따라서는 열전도성이 높은 매체를 통해 간접적으로 상기 열전모듈(60)은 공급관(20) 및 배출관(30)과 접촉될 수 있다.
이러한 일 예는 도 3에 도시된다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 저장용기와 열전모듈의 결합방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 열전모듈(60, 60-1)이 복수 개 구비되며 열전도성이 높은 열전달매체(71, 71-1, 72, 72-1)를 통해 각각 공급관(20) 및 배출관(30)과 접촉되는 경우를 도시하고 있다.
도 3을 참조하면, 제1열전모듈(60)은 냉각측이 소정의 제1매체(71)와 접촉되도록 설치되고, 상기 제1매체(71)는 상기 공급관(20)에 접촉되도록 설치될 수 있다.
또한 상기 제1열전모듈(60)의 발열측은 제2매체(72)와 접촉되고 상기 제2매체(72)는 배출관들(30, 30-1)과 접촉될 수 있다. 물론 도 3에서는 두 개의 배출관들(30, 30-1)이 상기 제2매체(72)와 접촉되며 각각 상기 공급관(20)을 감싸는 형태로 구현되는 것으로 표시하였지만 하나의 배출관이 도 1에 도시된 바와 같이 상기 공급관(20)을 감싸는 나선형태로 제2매체들(72, 72-1)에 접촉되도록 구현될 수도 있다.
제2열전모듈(60-1) 역시 도 3에 도시된 바와 같이 제1매체(71-1)를 통해 냉각측이 공급관(20)과 접촉되고, 제2매체(72-1)를 통해 발열측이 배출관들(30, 30-1)과 접촉되도록 배치될 수 있다.
상기 제1매체(71) 또는 상기 제2매체(72)는 열전도성이 높아서 배출관(30)의 온도가 열전모듈(60, 60-1)의 발열측 기판에 잘 전달되며, 냉각 측 기판의 온도가 공급관(20)에 잘 전달될 수 있는 재질인 것이 바람직할 수 있다.
일 예로 상기 제1매체(71) 및/또는 상기 제2매체(72)는 알루미늄 또는 구리로 구현될 수 있지만 이에 국한되는 것은 아니다.
또한 도 3에서는 제1매체(71)와 제2매체(72)가 단절되어 공급관(20)의 일측과 다른 일측에 설치되는 경우를 설명하였지만, 필요에 따라서는 제1매체(71) 및 제2매체(72)가 상기 공급관(20)을 감싸도록 연결되어 구비되며 상기 제1매체(71)와 상기 제2매체(72) 사이에 열전모듈(60)들이 적어도 하나 설치될 수도 있다.
결국 본 발명의 기술적 사상에 의하면 상대적으로 온도가 낮은 배출관(30) 자체만으로 공급관(20)의 온도를 낮추는 것에 비해, 냉각측이 발열측에 비해 항상 더 낮은 온도로 냉각될 수 있는 열전모듈(60)의 특성을 이용해 공급관(20)을 배출관(30)만으로 냉각하는 것에 비해 더 효과적으로 냉각할 수 있는 효과가 있다.
이러한 경우에 전도되는 열량의 감소효과는 도 4내지 도 5를 참조하여 설명하도록 한다.
도 4 내지 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 열전 극저온 물질 저장용기의 열전도량의 감소효과를 설명하기 위한 도면이다.
우선 도 4를 참조하면, 공급관(20)의 길이를 L이라고 하고 외부온도를 300K라고 가정하며, 공급관(20)의 길이의 하단의 온도를(실제로는 공급관(20)의 하단은 기화된 극저온 물질이 존재하여 조금 더 온도가 높을 수 있지만) 액화된 극저온 물질(예컨대, 액화수소)의 온도(예컨대, 20K)로 가정할 경우의 공급관(20)을 통한 열전도를 파악할 수 있는 그래프를 도시하고 있다.
우선 Q0는 본 발명의 기술적 사상이 적용되지 않을 경우 즉 공급관(20)을 배출관(30) 및 열전모듈(60)로 냉각하지 않을 경우의 열전도에 대한 그래프인데, 열전도량은 열전도 계수, 매체의 단면적, 및 두 지점의 온도차에 비례하고, 두 지점 간의 거리에는 반비례하게 된다. 이때 열전도 계수와 매체의 단면적은 본 발명의 실시 예에서는 상수이므로 결국 두 지점의 온도차/거리 즉, 도 4에 도시된 그래프의 기울기에 열전도량은 비례하게 된다.
결국 열전도량은 도 4에 도시된 그래프의 각각의 기울기에 비례하게 된다.
따라서 본 발명의 기술적 사상이 적용되지 않은 경우의 공급관(20)을 통한 열전도량은 Q0의 기울기에 비례하게 된다.
한편 본 발명의 기술적 사상이 적용되어 공급관(20)의 소정의 위치(P) 하나를 적어도 하나의 열전모듈로 냉각한 경우에는 전술한 바와 같이 상기 위치(P)의 온도는 배출관(30)의 온도보다 더 낮은 온도로 냉각될 수 있고, 이러한 경우 상기 위치(P)에서의 온도는 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 기술적 사상이 적용되지 않은 경우에 비해 상당히 낮아질 수 있다.
이러한 경우 공급관(20)의 외부 또는 상단에서 상기 위치(P)까지의 열전도량은 Q1의 기울기에 비례하지만, 궁극적으로 공급관(20)의 하단 즉, 내부용기(10)에 전달되는 전도열은 Q2의 기울기에 비례하게 된다. 그리고 도 4에서 확인할 수 있듯이 Q2의 기울기는 Q0의 기울기보다 작게 되고 이는 내부용기(10)에 전달되는 전도열이 줄어들 수 있음을 의미할 수 있다.
한편, 도 5의 경우는 공급관의 길이 방향으로 서로 다른 위치들에 복수의 열전모듈들을 설치한 경우를 예시적으로 도시하고 있고, P1, P2, P3는 공급관(20)의 상단으로부터 순차적으로 설치된 열전모듈들의 위치를 나타낼 수 있다. 즉, P1이 복수의 위치들 중 가장 공급관(20)의 상부에 존재하는 위치이고, P3가 공급관(20)의 가장 하부에 존재하는 위치일 수 있다.
이러한 경우 각각의 위치들(P1, P2, P3)에서의 온도는 도 5에 도시된 바와 같을 수 있다. 즉, 공급관(20) 자체의 온도도 P1이 가장 높고 P3가 가장 낮을 뿐 아니라, 배출관(30)이 P3, P2, P1의 순서로 경유하여 각각의 위치에서의 열전모듈의 발열측과 접촉할 경우에는 배출관의 온도 역시 P3, P2, P1의 순서대로 낮게 된다.
그리고 전술한 바와 같이 내부용기(10)에 궁극적으로 전달되는 전도열의 양은 위치(P3)에서 공급관(20)의 하단까지 전달되는 전도열의 양이므로, Q3의 기울기에 비례하게 된다.
이러한 경우 본 발명의 기술적 사상이 적용되지 않을 경우의 열전도량(Q0의 기울기에 비례) 뿐만 아니라, 도 4의 경우와 같이 하나의 위치만 열전모듈을 통해 냉각한 경우의 열전도량(Q2의 기울기에 비례)에 대비해서도 더 낮게 됨을 알 수 있다.
결국 본 발명의 기술적 사상에 의하면 배출관(30) 및 열전모듈(60)을 이용하여 공급관(20)의 적어도 하나의 위치를 냉각할 경우, 전도에 의한 열유입을 상당히 줄이는 효과가 있음을 알 수 있다.
한편, 열전모듈(60)은 알려진 바와 같이 제백(Seeback) 효과를 이용하거나 펠티어(Peltier) 효과를 이용하여 발전 또는 냉각을 할 수 있다.
즉, 열전모듈은 전술한 바와 같이 발열 또는 냉각뿐만 아니라, 제백 효과를 통해 양단의 온도차가 날 때 기전력이 발생하는 현상으로 이를 이용하여 발전을 할 수 있다.
따라서 본 발명의 기술적 사상에 의하면 열전 극저온 물질 저장용기(1)의 소정의 두 위치의 온도차를 이용하여 열전발전을 수행함으로써, 전술한 바와 같이 공급관(20)을 냉각시에 필요한 전력의 에너지원으로 사용하거나 또는 상기 열전 극저온 물질 저장용기(1)에 저장된 극저온 물질을 에너지원으로 사용하는 시스템(예컨대, 드론, 자동차 등)의 보조적 에너지원으로 사용할 수 있다.
따라서 전술한 바와 같이 공급관(20)을 냉각하기 위해 설치된 적어도 하나의 열전모듈(60)이 공급관(20)을 냉각할 필요가 없는 경우에는 상기 적어도 하나의 열전모듈(60)은 열전발전을 수행할 수 있다. 이때에는 공급관(20)의 온도가 배출관(30)의 온도보다 높을 수 있고, 이러한 온도차이를 이용해 상기 적어도 하나의 열전모듈(60)은 열전발전을 수행할 수 있다.
물론 열전발전을 통해 생성된 전기는 소정의 배터리(미도시)에 충전될 수 있으며, 이러한 배터리(미도시) 및 전선은 설명의 편의를 위해 도면에 도시하지는 않았다.
예컨대, 상기 열전 극저온 물질 저장용기(1)의 극저온 물질이 저장된 상태(예컨대, 드론, 자동차 등이 정지상태인 경우)에서는 상기 열전모듈(60)은 전원을 인가받아서 공급관(20)을 냉각함으로써 극저온 물질의 기화를 차단/감소시킬 수 있다.
그리고 상기 열전 극저온 물질 저장용기(1)에 저장된 상기 극저온 물질을 소정의 시스템(예컨대, 드론, 자동차 등)이 에너지 원으로 사용하는 경우(예컨대, 드론, 자동차 등이 운행 중인 경우 등)에는 공급관(20)을 통해 극저온 물질이 외부로 배출되므로 이때에는 공급관(20) 외측에 접촉된 상기 열전모듈(60)의 일측은 저온부가 되고 배출관(30)의 외측에 접촉된 상기 열전모듈(60)의 타측은 고온부가 되어 열전발전을 수행할 수 있다.
한편 공급관(20)을 냉각하기 위해 설치되는 열전모듈(60)과는 별개로 열전발전을 위해서 열전모듈이 열전 극저온 물질 저장용기(1)에 구비될 수도 있다.
이러한 일 예는 도 6을 참조하여 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 열전 극저온 물질 저장용기의 구조를 나타내는 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 기술적 사상에 의하면 열전 극저온 물질 저장용기(1) 내에서 가장 온도가 낮은 내부용기(10)의 온도와 배출관(30)의 온도차이를 이용하여 열전발전을 수행할 수 있도록 적어도 하나의 열전모듈(62, 63)이 구비될 수 있다.
물론, 실시 예에 따라서는 상기 적어도 하나의 열전모듈(62, 63)의 일측과 타측은 내부용기(10) 및 배출관(30)에 각각 직접 접촉될 수도 있지만, 구조적 안정성과 접촉면의 확대를 위해 열전도성이 높은 소정의 매체(예컨대, 구리, 알루미늄 등의 재질로 구현된 하우징, 80)가 상기 내부용기(10)를 둘러싸는 형태로 더 구비될 수 있다.
상기 하우징(80)은 내부용기(10)를 둘러싸도록 구현되고, 이러한 경우 내부용기(10)의 외측면에 단열코팅 등은 생략될 수도 있다. 이때에는 상기 하우징(80)의 외면(열전모듈이 부착되는 부분을 제외)에 단열코팅 등과 같이 외부의 복사열을 차단할 수 있는 조치가 취해질 수 있음은 물론이다.
또한 선택적으로 상기 하우징(80)은 상기 내부용기(10)와 접촉될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다.
그리고 적어도 하나의 열전모듈(62, 63)의 일측(저온부)은 상기 하우징(80)에 부착되고 타측(고온부)는 배출관(30)의 외면과 직접 또는 소정의 매체를 통해 간접적으로 접촉될 수 있다.
이러한 경우 상기 적어도 하나의 열전모듈(62, 63)은 일측과 타측의 온도차이를 이용해 열전발전을 수행할 수 있다. 그리고 발전을 통해 생성된 전기는 소정의 배터리(미도시)에 저장되었다가 필요시에 사용될 수 있으며, 상기 배터리는 열전 극저온 물질 저장용기(1)의 내부 또는 외부에 구비될 수 있다.
또한 상기 하우징(80)을 둘러싼 배출관(30)의 말단은 외부용기(40)의 외측으로 연통되도록 구현될 수 있음은 물론이다.
결국 본 발명의 기술적 사상에 의하면 열전모듈을 이용하여 외부로부터 유입되는 열을 감소시킴으로써 에너지 효율을 높일 수 있을 뿐 아니라, 자체적으로 발전을 수행함으로써 더욱 에너지 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 극저온 액화 물질이 내부에 수용되는 내부용기;
    상기 내부용기에 연결되어 상기 극저온 액화 물질을 외부로부터 상기 내부용기로 공급하는 공급관;
    상기 내부용기를 이격된 상태로 수용하는 외부용기;
    상기 내부용기에 연결되고 상기 내부용기에서 상기 극저온 액화 물질이 기화된 기화물질이 상기 외부용기의 외부로 배출하는 배출관; 및
    일측은 상기 공급관의 외측에 접촉되고 타측은 상기 배출관의 외측에 접촉되며, 전류가 공급될 경우 상기 타측은 발열측이 되고 상기 일측은 냉각측이 되도록 구비되는 열전모듈을 적어도 하나 포함하는 열전 극저온 물질 저장용기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 배출관은,
    나선형으로 상기 공급관의 외부를 둘러싸도록 구비되는 열전 극저온 물질 저장용기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 열전 극저온 물질 저장용기는,
    상기 공급관의 외면과 상기 열전모듈의 상기 일측 사이에 구비되는 제1매체를 더 구비하고,
    상기 공급관의 외면과 상기 열전모듈의 상기 일측은 상기 제1매체를 통하여 접촉되는 열전 극저온 물질 저장용기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 열전 극저온 물질 저장용기는,
    상기 배출관의 외면과 상기 열전모듈의 상기 타측 사이에 구비되는 제2매체를 더 구비하고,
    상기 배출관의 외면과 상기 열전모듈의 상기 타측은 상기 제2매체를 통하여 접촉되는 열전 극저온 물질 저장용기.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 제1매체 또는 상기 제2매체는,
    구리 또는 알루미늄 재질로 구현되는 열전 극저온 물질 저장용기.
  6. 제1항에 있어서, 상기 열전모듈은,
    전류가 인가되지 않는 경우 상기 공급관의 외측과 상기 배출관의 외측의 온도 차이에 따른 열전발전을 수행하는 열전 극저온 물질 저장용기.


  7. 삭제
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