KR102364560B1 - 수중 액화산소 공급시스템 - Google Patents

수중 액화산소 공급시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수중에서 사용되는 연료전지에 액화산소를 공급하기 위한 수중 액화산소 공급시스템에 관한 것으로서, 수중에서 사용되는 연료전지에 액화산소를 공급하기 위한 수중 액화산소 공급시스템에 있어서, 안전성 및 외압을 고려하여 구형체로 구비되고 액화산소가 저장되는 액화산소용기; 상기 액화산소용기의 내부로 액화산소를 충전하는 용도와 액화산소용기의 내부에 충전된 액화산소를 인출하여 공급하기 위한 용도로 사용되는 액체라인; 상기 액화산소용기 내 기화된 기체상태의 산소를 인출하여 공급하기 위한 기체라인; 상기 액체라인에 연결되고, 인출된 액화산소를 기화시켜 기체상태의 산소로 공급하기 위한 외부기화라인; 상기 액화산소용기 상에 연결 구비되는 것으로서, 고압일 때 압력을 릴리프(Relief)시키기 위한 안전밸브; 상기 안전밸브에 연결되고, 수중에서 릴리프(Relief) 상태를 원하지 않을 때 압력 감지를 통해 릴리프(Relief)를 위한 압력이 되기 전에 수중 잠수체에 대해 물 밖으로 부상할 수 있게 하거나 상기 액화산소용기 측 내부에 액화산소 및 기체를 다 사용하여 없을 때를 감지하여 수중 잠수체를 부상할 수 있게 하기 위한 압력센서; 상기 액체라인과 기체라인의 출력단을 형성 및 기화된 기체상태의 산소를 연료전지로 공급하는 산소공급라인 상에 설치되고, 설정된 압력으로 제대로 공급되는지를 모니터링하기 위한 수밀형 압력센서; 상기 산소공급라인 상에 설치되며, On/Off 기능을 통해 사용하지 않을 때 먼지가 못 들어가게 하고 사용할 때 공급 가능하기 위한 매뉴얼 밸브;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 추진체계 등의 작동을 위해 사용되는 수중에서 사용되는 연료전지에 액화산소를 안정적으로 공급할 수 있는 새로운 구조설계의 수중 액화산소 공급시스템을 제공할 수 있다.

Description

수중 액화산소 공급시스템{System for supplying liquefied oxygen in underwater}
본 발명은 수중에서 사용되는 연료전지에 액화산소를 안정적으로 공급하기 위한 수중 액화산소 공급시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액체산소의 액체라인과 기체라인을 동시에 사용함으로써 공급압력을 조절할 수 있도록 하되 저장 및 공급압력이 높을 때는 기체라인을 사용하고 낮을 때는 액체라인을 사용하여 공급 압력을 조절할 수 있도록 한 수중 액화산소 공급시스템에 관한 것이다.
일반적으로 바다는 밑으로 내려가면 수심 10m당 수압이 1기압씩 높아지며, 100m만 내려가면 빛이 거의 없는 어둠의 세계가 된다.
이와 같이 깊은 바닷속은 엄청난 수압과 어둠 때문에 사람이 활동할 수 없는 매우 가혹한 환경을 갖는데, 이러한 깊은 바다 밑에서도 안전하게 관측하고 여러 가지 작업을 할 수 있게 하기 위해 수중 잠수체가 사용되고 있으며, 잠수정 또는 잠수조사선 등을 예로 들 수 있다.
또한, 잠수정은 잠수할 수 있는 깊이에 따라 천해용 또는 심해용 잠수정이 있고, 혼자 잠행할 수 있는 독립 잠항형과 모선의 도움에 의하여 움직이는 모선 수반형이 있다.
수중 잠수체인 잠수정은 수압에 견딜 수 있는 강한 선체와, 물속에서의 항해와 더불어 관측, 통신, 채집, 수리 작업 등을 할 수 있는 특수한 장비들이 구비되어야 하는데, 자체 추진력(프로펠러)과 로봇팔，비디오 및 사진촬영장치, 해양관측장비 등 각종 통신 장비들을 고루 갖추고 있다.
이와 같은 잠수정의 개발에 따라 깊은 바다 밑의 환경과 구조가 밝혀지고 있으며, 해저 석유 개발의 구조물 설치, 기타 수산업과 토목 분야에서 구조물의 검사와 유지 및 보수 등에도 매우 중요한 역할을 담당하고 있다.
한편, 이러한 잠수정 등의 수중 잠수체에는 추진체계 등을 위해 연료전지가 사용되고 있으며, 연료전지를 통한 연속적인 전기의 생산을 위해서는 수소와 산소의 지속적이고 안정적인 공급이 요구된다.
이때, 연료전지의 연료가 되는 액화산소와 용기는 수중 잠수체 내에 배치되어 액화산소를 저장하고, 연료전지의 가동시 이 액화산소를 기화시켜 공급한다.
여기에서, 액화산소를 사용하는 이유는 액화산소가 압축산소에 비해 부피당 산소 저장량이 월등히 높을 뿐만 아니라 압축산소의 경우에는 산소 압축의 위험성이 크고 용기의 무게가 상당하기 때문이다.
하지만, 종래에 있어 액화산소용기를 통해 연료전지로 액화산소를 기화시켜 공급할 시, 기화 조건에 따라 기화량과 압력 조절이 어려운 문제점이 있었으며, 액화산소를 안정적으로 공급하지 못하는 문제점이 있었다.
부연하여, 기체를 사용할 땐 저장 및 공급 압력이 하강하고, 액체라인을 적용할 경우 공급 압력이 미미하게 상승하는 등 공급 압력을 조절하는데 상당한 어려움이 있었다.
또한, 종래에는 액화산소용기로부터 액화산소를 연료전지로 공급시, 기화로 인해 기화량이 증가하면 액화산소용기 내부에 압력이 상승하고 안전밸브 압력에 도달할 때 안전밸브에서 릴리프(relief) 되며, 이때 수중 잠수체의 운용시간이 줄어들고 버블 발생으로 인해 수중 탐지 및 선체 안정성을 해치는 문제점이 있었다.
이에, 액화산소를 공급함에 있어서는 긴급 사항이 아닐 때 안전밸브에서 릴리프(relief) 되지 않는 동작이 요구되는 등 개선이 필요한 실정에 있다.
또한, 종래의 액화산소용기를 적용할 경우 외압이 고려되지 않은 원통형 구조의 용기로서 좌굴이 발생하여 파손이 우려되는 구조적인 문제점이 있고, 이러한 원통형 구조의 용기는 세운 상태에서만 사용할 수 있는데 수중잠수체의 운동조건에 따라 액화산소용기가 옆으로 요잉하거나 틸팅하는 경우 필요로 하는 액체 또는 기체 산소를 안정적으로 공급하지 못하여 안정성이 떨어지는 문제점이 있다.
한편, 종래기술을 살펴보았을 때, 국내공개특허 제10-2020-0062962호(이하, '특허문헌 1'이라 한다.) 및 국내등록특허 제10-1631742호(이하, '특허문헌 2'라 한다.) 등을 참조할 수 있다.
상기 특허문헌 1에서는 "함 외부로부터 공기를 공급 받는 흡기 장치, 상기 흡기 장치를 통해 흡기된 공기를 압축하여 압축된 공기를 저장하는 적어도 하나의 압축공기 저장용기, 상기 압축공기 저장용기로부터 공기를 제공받아 산소를 정제하는 산소 PSA(Pressure Swing Adsorption) 장치, 상기 산소 PSA 장치로부터 정제된 산소를 공급받아 액화시키는 산소액화장치, 및 상기 산소액화장치에서 액화된 액화산소를 저장하는 액화산소용기를 포함하는 수중운동체의 액화산소 충전 시스템"을 개시하고 있다.
상기 특허문헌 2에서는 "내측 밀폐된 공간으로 액화 산소를 보관하는 내부 용기와, 내부 용기로부터 이격공간을 두고 내부용기의 외측을 둘러 감싸며 형성되는 외부 용기와, 내부 용기와 외부 용기 사이의 이격공간을 구획하여 형성되는 적어도 하나의 격벽과, 격벽을 통해 구획된 이격공간 내에 채워지는 충진재를 포함하는 잠수함의 액화산소용기"를 개시하고 있다.
그러나, 상술한 종래 선행기술문헌들은 이하에서 제안하는 본원발명과는 기술적 구성 및 작용효과 측면에서 차별되는 것이라 할 수 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2020-0062962호 대한민국 등록특허공보 제10-1631742호
본 발명은 상술한 문제점들을 해소 및 이를 감안하여 안출한 것으로서, 추진체계 등의 작동을 위해 사용되는 수중에서 사용되는 연료전지에 액화산소를 안정적으로 공급하기 위한 수중 액화산소 공급시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 액체라인과 기체라인을 동시에 사용함으로써 공급압력을 조절할 수 있도록 하되 저장 및 공급압력이 높을 때는 기체라인을 사용하고 낮을 때는 액체라인을 사용하여 공급 압력을 조절할 수 있도록 한 수중 액화산소 공급시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 외압을 고려하여 안전성을 높일 수 있도록 하기 위해 기존에 비해 개선된 구조를 갖는 액화산소용기를 포함하는 수중 액화산소 공급시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 수중 액화산소 공급시스템은, 수중에서 사용되는 연료전지에 액화산소를 공급하기 위한 수중 액화산소 공급시스템에 있어서, 안전성 및 외압을 고려하여 구형체로 구비되고 액화산소가 저장되는 액화산소용기; 상기 액화산소용기의 내부로 액화산소를 충전하는 용도와 액화산소용기의 내부에 충전된 액화산소를 인출하여 공급하기 위한 용도로 사용되는 액체라인; 상기 액화산소용기 내 기화된 기체상태의 산소를 인출하여 공급하기 위한 기체라인; 상기 액체라인에 연결되고, 인출된 액화산소를 기화시켜 기체상태의 산소로 공급하기 위한 외부기화라인; 상기 액화산소용기 상에 연결 구비되는 것으로서, 고압일 때 압력을 릴리프(Relief)시키기 위한 안전밸브; 상기 안전밸브에 연결되고, 수중에서 릴리프(Relief) 상태를 원하지 않을 때 압력 감지를 통해 릴리프(Relief)를 위한 압력이 되기 전에 수중 잠수체에 대해 물 밖으로 부상할 수 있게 하거나 상기 액화산소용기 측 내부에 액화산소 및 기체를 다 사용하여 없을 때를 감지하여 수중 잠수체를 부상할 수 있게 하기 위한 압력센서; 상기 액체라인과 기체라인의 출력단을 형성 및 기화된 기체상태의 산소를 연료전지로 공급하는 산소공급라인 상에 설치되고, 설정된 압력으로 제대로 공급되는지를 모니터링하기 위한 수밀형 압력센서; 상기 산소공급라인 상에 설치되며, On/Off 기능을 통해 사용하지 않을 때 먼지가 못 들어가게 하고 사용할 때 공급 가능하기 위한 매뉴얼 밸브;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 액화산소용기 내 기화된 기체상태의 산소를 인출하여 공급할 때 액화산소용기의 내부에 압력이 차지 않게 하거나 또는 상기 액화산소용기의 내부로 액화산소를 충전하는 경우 액화산소가 잘 들어가게 하면서 액화산소용기의 내부에 압력이 차지 않게 하기 위한 벤트라인;을 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 기체라인 상에 설치되어 전단압력을 제어하기 위한 것으로서, 전단압력이 셋팅(Setting) 압력을 초과할 시 개방되어 기화된 기체상태의 산소가 공급되게 하는 이코노마이저(Economizer); 상기 외부기화라인 상에 설치되어 후단압력을 제어하기 위한 것으로서, 상기 이코노마이저와 On/Off가 상대 작동하여 기화된 기체상태의 산소가 공급되게 하는 레귤레이터;를 포함하며, 상기 레귤레이터는 이코노마이저 측 셋팅 압력과 동일하거나 큰 압력으로 설정하는 구성일 수 있다.
여기에서, 상기 액화산소용기 측 내부의 공급압력이 높으면 이코노마이저가 개방되어 기화된 기체상태의 산소가 공급되고, 후단압력이 레귤레이터 측 설정압력보다 높게 되어 레귤레이터가 폐쇄되며, 상기 액화산소용기 측 내부의 공급압력이 낮으면 이코노마이저가 폐쇄되고, 레귤레이터가 개방되어 액체라인 및 외부기화라인을 통해 기화된 기체상태의 산소가 공급되는 구성일 수 있다.
여기에서, 상기 기체라인 상에 설치되어 전단압력을 제어하기 위한 것으로서, 전단압력이 셋팅(Setting) 압력을 초과할 시 개방되어 기화된 기체상태의 산소가 공급되게 하는 이코노마이저(Economizer); 상기 외부기화라인 상에 설치 및 일정 압력으로 설정되는 크래킹(Cranking) 압력을 갖는 것으로서, 상기 이코노마이저와 On/Off가 상대 작동하여 기화된 기체상태의 산소가 공급되게 하는 체크밸브;를 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 액화산소용기 측 내부의 공급압력이 높으면 상기 이코노마이저 측 개방에 의해 기체라인을 통해 기화된 기체상태의 산소가 공급되고, 산소공급라인으로 공급되는 기화된 기체상태의 산소에 의해 체크밸브 측 차압이 형성되어 폐쇄되며, 상기 액화산소용기 측 내부의 공급압력이 낮으면 이코노마이저가 폐쇄되고, 체크밸브 측 후단압력보다 전단압력이 높아짐에 의해 개방되어 액체라인 및 외부기화라인을 통해 기화된 기체상태의 산소가 공급되는 구성일 수 있다.
여기에서, 상기 산소공급라인 상에 설치되고, 수밀형 압력센서와 매뉴얼 밸브의 사이에 위치되며, 먼지나 분진을 필터링하여 순수한 산소의 공급을 가능하게 하는 필터;를 더 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 산소공급라인 상에 설치되고, 매뉴얼 밸브의 후단에 위치되며, 산소공급라인 쪽에 이물질이나 공기가 있을 때 가스 플러싱 개념으로 밸브를 열어서 이물질이나 공기를 빼주고 순수한 산소가 공급라인을 차지할 수 있도록 해주는 퍼지(Purge) 기능을 수행하기 위한 퍼지기능부;를 더 포함하며, 상기 퍼지기능부는 매뉴얼 밸브 및 벤트(Vent)로 구비되는 구성일 수 있다.
여기에서, 상기 액화산소용기는, 액화산소를 저장하는 내조; 상기 내조를 감싸 보호하고 내조와의 사이에 진공을 형성 및 유지하기 위한 외조; 상기 내조와 외조의 사이에 삽입 배치되는 단열재;를 포함하되, 상기 외조는 수압에 버티기 위해 2개의 반구형을 용접 결합하여 구형으로 제작할 수 있다.
여기에서, 상기 안전밸브는, 수중 압력에 의해 터져 산소가 외부로 누출됨을 방지하기 위해 파열판식 안전밸브에서 파열판을 적용하지 않은 안전밸브를 2개 설치하고, 돼지꼬리 형태로 감은 코일형 연결배관으로 연결하여 초저온의 액화산소가 기화라인을 형성하여 안전밸브에 접촉하지 않도록 하는 구성일 수 있다.
여기에서, 상기 압력센서는, 수중에서 사용 가능하도록 수밀커넥터를 적용한 수밀형 압력센서로 설치하고, 돼지꼬리 형태로 감은 코일형 연결배관으로 연결하여 초저온의 액화산소가 접촉되지 않도록 압력센서 측으로 흐름을 방지하면서 일종의 기화 라인을 형성하도록 구성할 수 있다.
여기에서, 상기 액화산소용기는 넘어질 때 용기를 보호하기 위해 상하단부에 프로텍터 및 스커트를 각각 구비하고, 용기를 고정할 수 있는 고정부를 구비하며,상기 외부기화라인은 상기 프로텍터의 주위로 튜빙을 돌려감은 형태로 설치하는 구성일 수 있다.
본 발명에 따르면, 추진체계 등의 작동을 위해 사용되는 수중에서 사용되는 연료전지에 액화산소를 안정적으로 공급할 수 있는 새로운 구조설계의 수중 액화산소 공급시스템을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 액체라인과 기체라인을 동시에 사용함으로써 공급압력을 조절할 수 있는 것으로서, 저장 및 공급압력이 높을 때는 기체라인을 사용하고 낮을 때는 액체라인을 사용하여 공급 압력을 조절할 수 있으며, 이를 통해 액화산소의 안정적인 공급을 수행할 수 있는 새로운 구조설계의 수중 액화산소 공급시스템을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 외압을 고려하여 안전성을 높일 수 있도록 하기 위해 기존에 비해 개선된 구조를 갖는 액화산소용기를 포함하는 수중 액화산소 공급시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수중 액화산소 공급시스템을 나타낸 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수중 액화산소 공급시스템을 나타낸 전체 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 수중 액화산소 공급시스템에 있어 액화산소용기를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 수중 액화산소 공급시스템에 있어 액화산소용기를 나타낸 배면사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 수중 액화산소 공급시스템에 있어 액화산소용기를 나타낸 평면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 수중 액화산소 공급시스템에 있어 액화산소용기를 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 수중 액화산소 공급시스템에 있어 수중 잠수체의 이동에 의한 운동상태에 따라 액화산소용기가 옆으로 누워 요잉하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 수중 액화산소 공급시스템에 있어 수중 잠수체의 이동에 의한 운동상태에 따라 액화산소용기가 거꾸로 반전된 상태를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 발명의 기술적 사항에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.
첨부도면의 도 1 내지 8은 본 발명에 따른 수중 액화산소 공급시스템을 설명하기 위해 나타낸 도면들이다.
본 발명의 실시예에 따른 수중 액화산소 공급시스템은 추진체계 등의 작동을 위해 사용되는 수중에서 사용되는 연료전지에 액화산소를 공급하기 위한 새로운 구조설계의 시스템을 제안한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 수중 액화산소 공급시스템은 도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 액화산소용기(10), 액체라인(20), 기체라인(30), 외부기화라인(40), 벤트라인(50), 안전밸브(60), 이코노마이저(70), 레귤레이터(80A) 또는 체크밸브(80B), 압력센서(90), 산소공급라인(100), 수밀형 압력센서(110), 필터(120), 매뉴얼 밸브(130), 퍼지기능부(140)를 포함하는 구성으로 이루어진다.
상기 액화산소용기(10)는 안전성 및 외압을 고려하여 구형체로 구비되고 액화산소가 내부에 저장되는 용기이다.
상기 액화산소용기(10)의 내부에 저장되는 액화산소는 기화시켜 기체상태의 산소로 공급하며, 용기 내 빈공간 상에 존재하는 기화된 기체상태의 산소는 바로 공급한다.
상기 액화산소용기(10)는 이중벽 구조로 제작되는 것으로서, 액화산소를 저장하기 위한 내조(11)와, 상기 내조(11)를 감싸 보호하고 내조(11)와의 사이에 진공을 형성 및 유지하기 위한 외조(12), 및 상기 내조(11)와 외조(12)의 사이에 삽입 배치되는 단열재(16)를 포함한다.
상기 외조(12)는 수압에 버티기 위해 2개의 반구형으로 구비하되, 구형을 이루도록 서로 맞댄 상태에서 용접 결합하는 제작할 수 있다.
상기 액화산소용기(10)는 넘어질 때 용기를 보호하기 위해 상하단부에 프로텍터(13) 및 스커트(14)를 각각 구비하고, 용기 고정을 위해 부력중심부인 액화산소용기(10) 중앙부에 고정부(15)를 구비하는 구성이 바람직하다.
상기 액체라인(20)은 상기 액화산소용기(10)의 내부로 액화산소를 충전하는 용도와 액화산소용기(10)의 내부에 충전된 액화산소를 인출하여 공급하기 위한 용도로 사용되는 구성이다.
상기 액체라인(20)은 액화산소용기(10)의 상측에 위치하여 노출되는 액체밸브(21)와, 상기 액체밸브(21)에 연결되어 액화산소용기(10)의 내부에 배치되는 액화산소 충전 및 인출관(22)을 포함한다.
상기 기체라인(30)은 상기 액화산소용기(10) 내 상부에 위치되는 기화된 기체상태의 산소를 인출하여 공급하기 위한 구성이다.
상기 기체라인(30)은 액화산소용기(10)의 상측에 위치하여 노출되는 기체밸브(31)와, 상기 기체밸브(31)에 연결되어 액화산소용기(10)의 내부에 배치되는 기화산소 인출관(32)을 포함한다.
상기 외부기화라인(40)은 상기 액체라인(20), 즉 액체밸브(21)에 연결되고, 인출된 액화산소를 기화시켜 기체상태의 산소로 공급하기 위한 구성이다.
상기 외부기화라인(40)은 상기 액화산소용기(10) 측 프로텍터(13)의 주위로 튜빙을 돌려감은 형태로 설치하는 구성이 바람직하다.
상기 기체라인(30)의 출력단(후단)과 상기 외부기화라인(40)의 출력단(후단)은 분기 형태로 구비되고, 하나의 산소공급라인(100)에 연결된다.
본 발명에서는 상기 액화산소용기(10) 내 액화산소를 공급할 시, 액체라인(20)과 기체라인(30)을 동시에 사용하기 위한 시스템이므로 액체밸브(21)와 기체밸브(31)를 둘 다 개방하도록 제어되며, 공급 압력을 조절한다.
상기 벤트라인(50)은 상기 액화산소용기(10) 내 기화된 기체상태의 산소를 인출하여 공급할 때 액화산소용기(10)의 내부에 압력이 차지 않게 하거나 또는 상기 액화산소용기(10)의 내부로 액화산소를 충전하는 경우 액화산소가 잘 들어가게 하면서 액화산소용기(10)의 내부에 압력이 차지 않게 하기 위한 구성이다.
상기 벤트라인(50)은 액화산소용기(10)의 상측에 위치하여 노출되는 벤트밸브(51)와, 상기 벤트밸브(51)에 연결되어 액화산소용기(10)의 내부에 배치되는 벤트관(52)을 포함한다.
상기 안전밸브(60)는 상기 액화산소용기(10) 상에 연결 구비 및 상측에 위치하여 노출되는 밸브로서, 고압일 때 압력을 릴리프(Relief)시키기 위한 구성이다.
상기 안전밸브(60)는 수중 압력에 의해 터져 산소가 외부로 누출됨을 방지하기 위해 파열판식 안전밸브에서 파열판을 적용하지 않은 안전밸브를 2개 설치하고, 돼지꼬리 형태로 감은 코일형 연결배관으로 연결하여 초저온의 액화산소가 기화라인을 형성하여 안전밸브(60)에 접촉하지 않도록 구성함이 바람직하다.
상기 이코노마이저(Economizer)(70)는 상기 기체라인(30) 상에 설치되어 전단압력을 제어하기 위한 것으로서, 전단압력이 셋팅(Setting) 압력을 초과할 시 개방되어 기화된 기체상태의 산소가 공급되게 하는 구성이다.
상기 레귤레이터(80A)는 상기 외부기화라인 상에 설치되어 후단압력을 제어하기 위한 것으로서, 상기 이코노마이저와 On/Off가 상대 작동하여 기화된 기체상태의 산소가 공급되게 하는 구성이다.
이때, 상기 레귤레이터(80A)는 이코노마이저(70) 측 셋팅 압력과 동일하거나 큰 압력으로 설정하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 이코노마이저(70)와 레귤레이터(80A)를 매칭하여 구성하는 경우에는 하기와 같이 작동하도록 구비된다. 도 1를 참조한다.
상기 액화산소용기(10) 측 내부의 공급압력이 높으면 이코노마이저(70)가 개방되어 기화된 기체상태의 산소가 공급되고, 후단압력이 레귤레이터(80A) 측 설정압력보다 높게 되어 레귤레이터(80A)가 폐쇄된다.
이와 반대로, 상기 액화산소용기(10) 측 내부의 공급압력이 낮으면 이코노마이저(70)가 폐쇄되고, 레귤레이터(80A)가 개방되어 액체라인(20) 및 외부기화라인(40)을 통해 기화된 기체상태의 산소가 공급된다.
또한, 상술한 레귤레이터(80A)를 대체하여 도 2에 나타낸 바와 같이, 외부기화라인(40) 상에 체크밸브(80B)를 설치하는 구성을 갖게 할 수도 있다.
즉, 이코노마이저(70)와 체크밸브(80B)를 매칭하여 구성할 수도 있는데, 하기와 같이 작동하도록 구비된다.
이때, 상기 이코노마이저(70)는 상기 기체라인 상에 설치되어 전단압력을 제어하기 위한 것으로서, 전단압력이 셋팅(Setting) 압력을 초과할 시 개방되어 기화된 기체상태의 산소가 공급되게 하는 구성이다.
상기 체크밸브(80B)는 상기 외부기화라인(40) 상에 설치 및 일정 압력으로 설정되는 크래킹(Cranking) 압력을 갖는 것으로서, 상기 이코노마이저(70)와 On/Off가 상대 작동하여 기화된 기체상태의 산소가 공급되게 하는 구성이다.
여기에서, 상기 액화산소용기(10) 측 내부의 공급압력이 높으면 상기 이코노마이저(70) 측 개방에 의해 기체라인(30)을 통해 기화된 기체상태의 산소가 공급되고, 산소공급라인(100)으로 공급되는 기화된 기체상태의 산소에 의해 체크밸브(80B) 측 차압이 형성되어 폐쇄된다.
이와 반대로, 상기 액화산소용기(10) 측 내부의 공급압력이 낮으면 이코노마이저(70)가 폐쇄되고, 체크밸브(80B) 측 후단압력보다 전단압력이 높아짐에 의해 개방되어 액체라인(20) 및 외부기화라인(40)을 통해 기화된 기체상태의 산소가 공급된다.
상기 압력센서(90)는 상기 안전밸브(60)에 연결되고, 수중에서 릴리프(Relief) 상태를 원하지 않을 때 압력 감지를 통해 릴리프(Relief)를 위한 압력이 되기 전에 수중 잠수체에 대해 물 밖으로 부상할 수 있게 하거나 또는 상기 액화산소용기(10) 측 내부에 액화산소 및 기체를 다 사용하여 없을 때를 감지하여 수중 잠수체를 부상할 수 있게 하기 위한 구성이다.
상기 압력센서(90)는 수중에서 사용 가능하도록 수밀커넥터를 적용한 수밀형 압력센서로 설치하고, 돼지꼬리 형태로 감은 코일형 연결배관으로 연결하여 초저온의 액화산소가 접촉되지 않도록 하는 등 압력센서 측으로 흐름을 방지하면서 일종의 기화 라인을 형성하도록 구성함이 바람직하다.
상기 수밀형 압력센서(110)는 상기 액체라인(20)과 기체라인(30)의 출력단을 형성 및 기화된 기체상태의 산소를 연료전지로 공급하는 산소공급라인(100) 상에 설치되고, 설정된 압력으로 액화산소가 제대로 공급되는지를 모니터링하기 위한 구성이다.
상기 필터(120)는 상기 산소공급라인(100) 상에 설치되고, 수밀형 압력센서(110)와 매뉴얼 밸브(130)의 사이에 위치되며, 먼지나 분진을 필터링하여 순수한 산소의 공급을 가능하게 하는 구성이다.
상기 매뉴얼 밸브(130)는 상기 산소공급라인(100) 상에 설치되며, On/Off 기능을 통해 사용하지 않을 때 먼지가 못 들어가게 하고 사용할 때 액화산소의 공급을 가능하게 하기 위한 구성이다.
상기 퍼지기능부(140)는 상기 산소공급라인(100) 상에 설치되고, 매뉴얼 밸브(130)의 후단에 위치되며, 산소공급라인(100) 쪽에 이물질이나 공기가 있을 때 가스 플러싱 개념으로 밸브를 열어서 이물질이나 공기를 빼주고 순수한 산소가 공급라인을 차지할 수 있도록 해주는 퍼지(Purge) 기능을 수행하기 위한 구성이다.
상기 퍼지기능부(140)는 매뉴얼 밸브(141) 및 벤트(Vent)(142)로 구비되는 구성일 수 있다.
즉, 상술한 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 수중 액화산소 공급시스템에서는 외부기화라인(40)과 연결되는 액체라인(20)과 기체라인(30)을 동시에 사용함으로써 액화산소용기(10) 측 공급압력을 조절할 수 있으며, 공급압력이 높을 때는 기체라인(30)을 사용하여 기화된 기체상태의 산소를 공급하고, 공급압력이 낮을 때는 액체라인(20)을 사용하여 액화산소를 배출하되 외부기화라인(40)을 통해 기화시켜 기체상태로 공급하며, 최종적으로 산소공급라인(100)을 통해 이물질을 제거 및 순수한 산소만이 수중 잠수체 측 연료전지로 공급할 수 있다.
한편, 본 발명에서는 도 7에 도시한 바와 같이, 수중 잠수체의 운동조건에 따라 액화산소용기(10)가 옆으로 누워 요잉하는 상태에 있을 경우, 용기 내부의 공급압력이 낮아지는데, 액체라인(20)과 기체라인(30)을 동시에 사용하기 위한 시스템으로서 기체라인(30) 측 기체밸브(31)가 개방되지 않은 조건에서도 액체라인(20) 측 인출관(22)과 액체밸브(21)의 개방을 통하여 기화된 기체상태의 산소를 공급할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 도 8에 도시한 바와 같이, 수중 잠수체의 운동상태에 따라 액화산소용기(10)가 거꾸로 반전된 상태에 있을 경우, 공급압력이 높을 때는 기체라인(30)을 통하여 액화산소를 기화시켜 기체상태의 산소로 공급할 수 있으며, 공급압력이 낮을 때는 액화라인(20)을 통해 공급되는 기화산소(기체)를 공급할 수 있다.
이에 따라, 본 발명을 통해서는 추진체계 등의 작동을 위해 사용되는 수중에서 사용되는 연료전지에 액화산소를 공급하되, 수중 잠수체의 운동상태에 따라 변화되는 어떠한 조건에서도 액화산소의 공급압력을 조절 및 액화산소를 안정적으로 공급할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
이상에서 설명한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고 이러한 실시예에 극히 한정되지 않는다 할 것이며, 본 발명을 통해 설명되는 기술적 사상과 청구범위 내에서 이 기술분야의 당해업자에 의하여 다양한 수정과 변형 등이 이루어질 수 있다 할 것이며, 이는 본 발명의 기술적 권리범위 내에 속한다 할 것이다.
10: 액화산소용기 20: 액체라인
30: 기체라인 40: 외부기화라인
50: 벤트라인 60: 안전밸브
70: 이코노마이저 80A: 레귤레이터
80B: 체크밸브 90: 압력센서
100: 산소공급라인 110: 수밀형 압력센서
120: 필터 130: 매뉴얼 밸브
140: 퍼지기능부

Claims (12)

  1. 수중에서 사용되는 연료전지에 액화산소를 공급하기 위한 수중 액화산소 공급시스템에 있어서,
    안전성 및 외압을 고려하여 구형체로 구비되고 액화산소가 저장되는 액화산소용기(10);
    상기 액화산소용기(10)의 내부로 액화산소를 충전하는 용도와 액화산소용기의 내부에 충전된 액화산소를 인출하여 공급하기 위한 용도로 사용되는 액체라인(20);
    상기 액화산소용기(10) 내 기화된 기체상태의 산소를 인출하여 공급하기 위한 기체라인(30);
    상기 액체라인(20)에 연결되고, 인출된 액화산소를 기화시켜 기체상태의 산소로 공급하기 위한 외부기화라인(40);
    상기 액화산소용기(10) 상에 연결 구비되는 것으로서, 고압일 때 압력을 릴리프(Relief)시키기 위한 안전밸브(60);
    상기 안전밸브(60)에 연결되고, 수중에서 릴리프(Relief) 상태를 원하지 않을 때 압력 감지를 통해 릴리프(Relief)를 위한 압력이 되기 전에 수중 잠수체에 대해 물 밖으로 부상할 수 있게 하거나 상기 액화산소용기(10) 측 내부에 액화산소 및 기체를 다 사용하여 없을 때를 감지하여 수중 잠수체를 부상할 수 있게 하기 위한 압력센서(90);
    상기 액체라인(20)과 기체라인(30)의 출력단을 형성 및 기화된 기체상태의 산소를 연료전지로 공급하는 산소공급라인(100) 상에 설치되고, 설정된 압력으로 제대로 공급되는지를 모니터링하기 위한 수밀형 압력센서(110);
    상기 산소공급라인(100) 상에 설치되며, On/Off 기능을 통해 사용하지 않을 때 먼지가 못 들어가게 하고 사용할 때 공급 가능하기 위한 매뉴얼 밸브(130); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 액화산소 공급시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 액화산소용기(10) 내 기화된 기체상태의 산소를 인출하여 공급할 때 액화산소용기의 내부에 압력이 차지 않게 하거나 또는 상기 액화산소용기의 내부로 액화산소를 충전하는 경우 액화산소가 잘 들어가게 하면서 액화산소용기의 내부에 압력이 차지 않게 하기 위한 벤트라인(50); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 액화산소 공급시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 기체라인(30) 상에 설치되어 전단압력을 제어하기 위한 것으로서, 전단압력이 셋팅(Setting) 압력을 초과할 시 개방되어 기화된 기체상태의 산소가 공급되게 하는 이코노마이저(Economizer)(70);
    상기 외부기화라인(40) 상에 설치되어 후단압력을 제어하기 위한 것으로서, 상기 이코노미저(70)와 On/Off가 상대 작동하여 기화된 기체상태의 산소가 공급되게 하는 레귤레이터(80A); 를 포함하며,
    상기 레귤레이터(80A)는 이코노마이저(70) 측 셋팅 압력과 동일하거나 큰 압력으로 설정하는 것을 특징으로 하는 수중 액화산소 공급시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 액화산소용기(10) 측 내부의 공급압력이 높으면 이코노마이저(70)가 개방되어 기화된 기체상태의 산소가 공급되고, 후단압력이 레귤레이터 측 설정압력보다 높게 되어 레귤레이터(80A)가 폐쇄되며,
    상기 액화산소용기(10) 측 내부의 공급압력이 낮으면 이코노마이저(70)가 폐쇄되고, 레귤레이터(80A)가 개방되어 액체라인(20) 및 외부기화라인(40)을 통해 기화된 기체상태의 산소가 공급되는 것을 특징으로 하는 수중 액화산소 공급시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 기체라인(30) 상에 설치되어 전단압력을 제어하기 위한 것으로서, 전단압력이 셋팅(Setting) 압력을 초과할 시 개방되어 기화된 기체상태의 산소가 공급되게 하는 이코노마이저(Economizer)(70);
    상기 외부기화라인(40) 상에 설치 및 일정 압력으로 설정되는 크래킹(Cranking) 압력을 갖는 것으로서, 상기 이코노마이저(70)와 On/Off가 상대 작동하여 기화된 기체상태의 산소가 공급되게 하는 체크밸브(80B); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 액화산소 공급시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 액화산소용기(10) 측 내부의 공급압력이 높으면 상기 이코노마이저(70) 측 개방에 의해 기체라인(30)을 통해 기화된 기체상태의 산소가 공급되고, 산소공급라인으로 공급되는 기화된 기체상태의 산소에 의해 체크밸브(80B) 측 차압이 형성되어 폐쇄되며,
    상기 액화산소용기(10) 측 내부의 공급압력이 낮으면 이코노마이저(70)가 폐쇄되고, 체크밸브(80B) 측 후단압력보다 전단압력이 높아짐에 의해 개방되어 액체라인(20) 및 외부기화라인(40)을 통해 기화된 기체상태의 산소가 공급되는 것을 특징으로 하는 수중 액화산소 공급시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 산소공급라인(100) 상에 설치되고, 수밀형 압력센서(110)와 매뉴얼 밸브(130)의 사이에 위치되며, 먼지나 분진을 필터링하여 순수한 산소의 공급을 가능하게 하는 필터(120); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 액화산소 공급시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 산소공급라인(100) 상에 설치되고, 매뉴얼 밸브(130)의 후단에 위치되며, 산소공급라인 쪽에 이물질이나 공기가 있을 때 가스 플러싱 개념으로 밸브를 열어서 이물질이나 공기를 빼주는 퍼지(Purge) 기능을 수행하기 위한 퍼지기능부(140); 를 더 포함하며,
    상기 퍼지기능부(140)는 매뉴얼 밸브 및 벤트(Vent)로 구비되는 것을 특징으로 하는 수중 액화산소 공급시스템.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 액화산소용기(10)는,
    액화산소를 저장하는 내조;
    상기 내조를 감싸 보호하고 내조와의 사이에 진공을 형성 및 유지하기 위한 외조;
    상기 내조와 외조의 사이에 삽입 배치되는 단열재; 를 포함하되,
    상기 외조는 수압에 버티기 위해 2개의 반구형을 용접 결합하여 구형으로 제작하는 것을 특징으로 하는 수중 액화산소 공급시스템.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 안전밸브(60)는,
    수중 압력에 의해 터져 산소가 외부로 누출됨을 방지하기 위해 파열판식 안전밸브에서 파열판을 적용하지 않은 안전밸브를 2개 설치한 것을 특징으로 하는 수중 액화산소 공급시스템.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 압력센서(90)는,
    수중에서 사용 가능하도록 수밀커넥터를 적용한 수밀형 압력센서로 설치하고, 돼지꼬리 형태로 감은 코일형 연결배관으로 연결하여 초저온의 액화산소가 접촉되지 않도록 압력센서 측으로 흐름을 방지하면서 일종의 기화 라인을 형성하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 수중 액화산소 공급시스템.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 액화산소용기(10)는 넘어질 때 용기를 보호하기 위해 상하단부에 프로텍터 및 스커트를 각각 구비하고,
    상기 외부기화라인(40)은 상기 프로텍터의 주위로 튜빙을 돌려감은 형태로 설치하는 것을 특징으로 하는 수중 액화산소 공급시스템.
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