KR102390188B1 - 액화수소저장 시스템 - Google Patents

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Abstract

액화수소저장 시스템이 개시된다. 상기 액화수소저장 시스템은 내부에 액체수소를 저장하는 내부동체; 상기 내부동체로의 복사열 전달을 차단하기 위해 상기 내부동체를 감싸는 단열재; 상기 내부동체 및 상기 단열재를 수용하며, 상기 단열재와의 사이에 진공층을 형성하여 상기 내부동체 및 상기 다층단열재를 보호하는 외부동체; 상기 진공층의 형성을 위해 상기 외부동체 상에 설치되는 진공포트; 상기 외부동체의 상부 일측의 개구를 덮도록 설치되는 매니폴드; 열교환을 위한 실린더부가 상기 내부동체 및 상기 외부동체를 관통하여 장입되어 상기 내부동체 내부를 냉각하는 극저온 냉각기; 상기 극저온 냉각기와 냉매배관을 통해 연결되어 냉매를 상기 극저온 냉각기로 순화시키는 압축기; 상기 내부동체에 설치되어 상기 내부동체 내의 액체수소를 기화시키는 기화코일; 상기 내부동체에 설치되어 기화된 가스의 사용을 위해 상기 내부동체 내의 압력을 일정 압력 이상으로 승압시키는 승압코일; 상기 외부동체의 외부에서 상기 승압코일 상에 설치되어 상기 내부동체 내의 압력을 높이기 위한 승압 조정기; 상기 내부동체 내의 압력을 측정하여 표시하는 압력게이지; 상기 내부동체 내의 액화수소량을 측정하여 표시하는 레벨게이지; 상기 내부동체 내에서 기화된 가스를 취출하여 사용하기 위한 기체사용밸브; 상기 극저온 냉각기, 상기 압축기, 상기 압력게이지, 상기 레벨게이지, 상기 기화코일과 전기적으로 연결되어, 상기 내부동체 내의 액화수소 저장 및 사용을 위한 초저온용기 운전정보를 모니터링하여 상기 운전정보를 표시하며, 상기 운전정보를 원거리의 단말기로 전송하는 모니터링부를 포함한다.

Description

액화수소저장 시스템{LIQUID HYDROGEN STORAGE SYSTEM}
본 발명은 액화수소저장 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액화수소 저장용기의 운전 및 관리가 용이한 액화수소저장 시스템에 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 상황이며, 특히 우리나라의 경우에는 에너지 소비량이 세계 10위 안에 들 정도로 많은 양을 소비하고 있으면서도 사용하는 에너지의 90% 이상을 외국의 수입에 의존하고 있는 실정인 만큼 에너지 확보 대책이 시급하다.
이에, 전 세계적으로 직면하고 있는 복잡한 에너지 문제들을 해결하기 위해 주목을 받고 있는 대체 에너지로 수소연료가 꼽히고 있다.
이러한 수소연료는 지구상에서 탄소와 질소 다음으로 가장 풍부한 원소일 뿐만 아니라, 연소시에 극히 미량의 질소산화물만을 생성시킬 뿐 다른 공해물질은 전혀 배출하지 않는 깨끗한 에너지원이고, 지구상에 존재하는 풍부한 양의 물을 원료로 하여 만들어낼 수 있으며, 사용후에도 다시 물로 재순환되기 때문에 고갈의 우려가 없는 최적의 대체 에너지원이라 할 수 있다.
상기와 같은 수소연료를 이용하기 위한 가장 중요한 과제는 수소의 저장방법으로, 고압가스 실린더나, 지질학적 특성이 갖추어진 지하, 또는 배관시스템 등에 압축 저장하는 방법과, 금속수소화물(Metal hydride), 탄소 나노 튜브(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 수소의 기화에 따른 손실율은 용기의 크기, 모양, 단열재의 형태에 따라 달라진다.
일 예로, 액화된 상태의 수소를 저장하기 위해 한국등록특허 제937520호와 같은 고저압 겸용 수소연료 저장용기가 제안되었으며, 이는 도 1의 (a)에 도시한 바와 같이 내부용기와 외부용기의 이중구조로 형성되고, 내부용기와 외부용기의 사이에는 단열을 위한 절연체가 장입되며, 저장용기의 일측에는 액화수소 충전을 위한 충전구가 외부용기, 절연체 및 내부용기를 관통하여 삽입 설치되고, 저장용기의 타측에는 내부용기와 외부용기 사이의 공간을 진공 상태로 조성시키기 위한 진공포트가 설치되었다.
이러한 수소연료 저장용기는 수소연료의 저장 상태에서 압력 변화 및 온도 변화 등에 따라 압력을 조절하거나 온도를 조절하는 등의 다양한 운전 과정이 필요하다.
그러나, 종래 대부분의 수소연료 저장용기는 그 운전정보를 모니터링 하기에 어려움이 있었다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이용하면 액화수소의 저장 및 사용 환경에서 액화수소 저장용기의 운전 및 관리가 용이해질 수 있도록 한 액화수소저장 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액화수소저장 시스템은 내부에 액체수소를 저장하는 내부동체; 상기 내부동체로의 복사열 전달을 차단하기 위해 상기 내부동체를 감싸는 단열재; 상기 내부동체 및 상기 단열재를 수용하며, 상기 단열재와의 사이에 진공층을 형성하여 상기 내부동체 및 상기 다층단열재를 보호하는 외부동체; 상기 진공층의 형성을 위해 상기 외부동체 상에 설치되는 진공포트; 상기 외부동체의 상부 일측의 개구를 덮도록 설치되는 매니폴드; 열교환을 위한 실린더부가 상기 내부동체 및 상기 외부동체를 관통하여 장입되어 상기 내부동체 내부를 냉각하는 극저온 냉각기; 상기 극저온 냉각기와 냉매배관을 통해 연결되어 냉매를 상기 극저온 냉각기로 순화시키는 압축기; 상기 내부동체에 설치되어 상기 내부동체 내의 액체수소를 기화시키는 기화코일; 상기 내부동체에 설치되어 기화된 가스의 사용을 위해 상기 내부동체 내의 압력을 일정 압력 이상으로 승압시키는 승압코일; 상기 외부동체의 외부에서 상기 승압코일 상에 설치되어 상기 내부동체 내의 압력을 높이기 위한 승압 조정기; 상기 내부동체 내의 압력을 측정하여 표시하는 압력게이지; 상기 내부동체 내의 액화수소량을 측정하여 표시하는 레벨게이지; 상기 내부동체 내에서 기화된 가스를 취출하여 사용하기 위한 기체사용밸브; 상기 극저온 냉각기, 상기 압축기, 상기 압력게이지, 상기 레벨게이지, 상기 기화코일과 전기적으로 연결되어, 상기 내부동체 내의 액화수소 저장 및 사용을 위한 초저온용기 운전정보를 모니터링하여 상기 운전정보를 표시하며, 상기 운전정보를 원거리의 단말기로 전송하는 모니터링부를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 단열재는 다층단열재(multi layer insulation:MLI)이고, 상기 내부동체 내의 압력이 세팅압력 이상으로 형성되면 개방되어 상기 내부동체 내의 압력을 방출하는 스프링식 안전변; 및 상기 스프링식 안전변의 오작동이나 멈춤으로 상기 내부동체 내의 압력이 계속 상승하는 경우 파열되어 상기 내부동체 내의 압력을 방출하는 파열판을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 액화수소저장 시스템은 원통 형상이고, 상기 파열판과 동축으로 설치되되 상면의 높이가 상기 파열판보다 높게 위치하고, 상기 원통 형상의 측면은 상기 파열판이 파열될 때 상기 내부동체 내의 압력이 방출 가능하게 열려있는 개방형 마개 탑재 하우징; 봉 형상의 연결축 및 상기 연결축의 상단부에 구비되고 상기 개방형 마개 탑재 하우징의 상면의 직경 이상의 직경을 갖는 스토퍼를 포함하고, 상기 연결축이 상기 개방형 마개 탑재 하우징의 상면에 끼워지고 상기 스토퍼는 상기 개방형 마개 탑재 하우징의 상면과 일정 거리 이격되는 상태로 상기 개방형 마개 탑재 하우징에 결합된 마개 하강 리프트; 상기 파열판이 설치되는 제2 압력배출배관의 직경 이상의 직경을 갖는 판형의 평면부 및 상기 평면부의 가장자리로부터 하측으로 연장되는 측면부를 포함하고, 상기 평면부가 상기 연결축의 하단부에 고정되어 상기 마개 하강 리프트 하부에 구비되는 고무마개; 상기 개방형 마개 탑재 하우징의 상면에 배치되어 상기 스토퍼과 마주하는 전자석; 및 보호박스, 상기 보호박스 내에 수용되며 상기 전자석과 전기적으로 연결되어 상기 전자석에 전원을 공급하는 전원공급부 및 상기 전원공급부의 전원을 온/오프하여 상기 전원이 상기 전자석에 인가되거나 차단되도록 제어하며 상기 보호박스 외부로 노출되는 스위치를 포함하고, 상기 보호박스가 매니폴드 상에 고정되어 상기 매니폴드 상에 장착되는 전자석 구동기를 더 포함하고, 상기 마개 하강 리프트는 상기 전자석에 전원이 인가되면 상기 스토퍼가 상기 전자석에 부착되어 하강되고 이때 상기 고무마개는 상기 파열판이 설치된 상기 제2 압력배출배관의 출구를 막도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 액화수소저장 시스템을 이용하면 액화수소의 저장 및 사용 환경에서 액화수소 저장용기의 운전 및 관리가 용이해질 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화수소저장 시스템의 구성을 설명하기 위한 외관 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화수소저장 시스템의 구성을 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 매니폴드 부분을 확대 도시하는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액화수소저장 시스템을 설명하기 위한 부분 확대 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 마개 탑재 하우징 부분을 확대 도시하는 측면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 마개 하강 리프트 및 고무마개가 하강된 모습을 나타내는 측면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 액화수소저장 시스템에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 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. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화수소저장 시스템의 구성을 설명하기 위한 외관 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화수소저장 시스템의 구성을 설명하기 위한 분해 사시도이고, 도 3은 도 1에 도시된 매니폴드 부분을 확대 도시하는 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액화수소저장 시스템은 내부동체(111), 단열재(112), 외부동체(113), 진공포트(114), 매니폴드(115), 극저온 냉각기(116), 압축기(117), 기화코일(121), 승압코일(122), 승압 조정기(123), 압력게이지(124), 레벨게이지(125), 기체사용밸브(126), 온도센서(128), 스프링식 안전변(131), 파열판(132), 모니터링부(140)를 포함할 수 있다.
내부동체(111)는 내부에 액체수소를 저장한다. 일 예로, 내부동체(111)의 재질은 오스테나이계 스테인레스강 300계열일 수 있다.
단열재(112)는 상기 내부동체(111)로의 복사열 전달을 차단하기 위해 상기 내부동체(111)를 감싼다. 일 예로, 단열재(112)는 다층단열재(multi layer insulation:MLI)일 수 있다. 상기 다층단열재는 방사율이 매우 낮은 금속을 얇은 폴리머 시트 위에 박막처리한 형태로 제작될 수 있다. 예를 들어, 두께 5~76㎛ 두께의 마일러(Mylar)나 캡톤(Kapton) 필름 위에 1ㅧ-8m 두께의 고반사율을 가진 물질(예를 들어, 알루미늄)을 단면 혹은 양면 코팅하여 복사열전달을 최소화하고, 복사단열하고자 하는 내부동체(111) 표면에 여러 겹으로 겹쳐 장착하고, 각 겹 사이에 전도열전달을 최소화할 수 있는 스페이서, 예를 들어, 실리카 섬유(silica fiber), 유리섬유 매트(fiberglass mat)와 같은 스페이서를 위치시키고 고진공을 사용하여 각 겹 사이의 기체를 제거하여 사용될 수 있다.
외부동체(113)는 내부동체(111) 및 단열재(112)를 수용하며, 상기 단열재(112)와의 사이에 진공층을 형성하여 상기 내부동체(111) 및 상기 다층단열재(112)를 보호할 수 있다. 일 예로, 외부동체(113)는 SUS304L 소재일 수 있다.
진공포트(114)는 상기 진공층의 형성을 위해 상기 외부동체(113) 상에 설치될 수 있다.
매니폴드(115)는 상기 외부동체(113)의 상부 일측의 개구를 덮도록 설치될 수 있다. 상기 개구는 상기 내부동체(111)와 소통되는 개구일 수 있고, 상기 매니폴드(115)는 상기 개구를 덮는 원판 형태일 수 있다. 상기 매니폴드(115)에는 상기 압력게이지(124), 기체사용밸브(126), 승압조정기(123)가 설치될 수 있다.
극저온 냉각기(116)는 열교환을 위한 실린더부(미도시)가 상기 내부동체(111) 및 상기 외부동체(113)를 관통하여 상기 내부동체(111) 내부로 장입되어 상기 내부동체(111) 내부를 냉각할 수 있다. 일 예로, 극저온 냉각기(116)는 GM 극저온냉동기(Gifford-McMahon cryocooler)일 수 있다.
압축기(117)는 상기 극저온 냉각기(116)와 냉매배관(1171)을 통해 연결되어 냉매를 상기 극저온 냉각기(116)로 순환시킬 수 있다.
기화코일(121)은 상기 내부동체(111)에 설치되어 상기 내부동체(111) 내의 액체수소를 기화시킬 수 있다. 일 예로, 기화코일(121)은 상기 내부동체(111) 및 상기 외부동체(113) 사이의 진공층에 상기 내부동체(111)를 감싸도록 수용되어 상기 내부동체(111)를 가열할 수 있다. 예를 들어, 전기히터 형태일 수 있다.
승압코일(122)은 상기 내부동체(111)에 설치되어 기화된 가스의 사용을 위해 상기 내부동체(111) 내의 압력을 일정 압력 이상으로 승압시킬 수 있다. 일 예로, 승압코일(122)은 일단부가 상기 내부동체(111)에 소통되게 상기 진공층 내에 설치될 수 있다. 예를 들어, 상기 승압코일(122)은 기체를 주입 가능한 관 형태로 구비될 수 있다.
승압 조정기(123)는 상기 외부동체(113)의 외부에서 상기 승압코일(122) 상에 설치되어 상기 내부동체(111) 내의 압력을 높일 수 있다. 예를 들어, 승압 조정기(123)는 상기 외부동체(113)의 외부로 노출되는 상기 승압코일(122)의 타단부에 연결될 수 있고, 내부동체(111)에서 가스를 사용할 경우 세팅압력 이하로 떨어지면 작동되어 상기 내부동체(111) 내의 압력을 상승시키도록 구성될 수 있다.
압력게이지(124)는 상기 내부동체(111) 내의 압력을 측정하여 표시할 수 있다. 일 예로, 압력게이지(124)는 부르동관 압력계 구조로 상기 매니폴드(115) 상에 설치될 수 있다.
레벨게이지(125)는 상기 내부동체(111) 내의 액화가스량을 측정하여 표시할 수 있다. 일 예로, 레벨게이지(125)는 플로트(Float) 방식일 수 있고, 용기 내의 액화가스가 저장되면 가벼운 아연봉으로 된 플로트가 스프링의 힘에 의해 가스의 양에 따라 나타내도록 구성될 수 있다.
기체사용밸브(126)는 상기 내부동체(111) 내에서 기화된 가스를 취출하여 사용하도록 구비될 수 있다. 일 예로, 기체사용밸브(126)는 상기 매니폴드(115) 상에 설치되어 상기 내부동체(111)에 소통되는 기체사용관(127) 상에 설치될 수 있다.
온도센서(128)는 상기 내부동체(111) 내에 저장된 액화수소의 온도를 측정할 수 있다. 예를 들어, 온도센서(128)는 상기 내부동체(111)의 저면의 온도를 측정하거나 상기 내부동체(111) 내의 온도를 직접 측정하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 온도센서(128)는 상기 매니폴드(115) 상에 장착되어 상기 내부동체(111) 내의 온도를 측정하도록 구성될 수 있다.
스프링식 안전변(131)은 상기 내부동체(111) 내의 압력이 세팅압력 이상으로 형성되면 개방되어 상기 내부동체(111) 내의 압력을 방출하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 상기 스프링식 안전변(131)은 상기 매니폴드(115) 상에 배치되어 상기 내부동체(111) 내부로 소통되는 제1 압력배출배관(133) 상에 설치될 수 있다.
파열판(132)은 상기 스프링식 안전변(131)의 오작동이나 멈춤으로 상기 내부동체(111) 내의 압력이 계속 상승하는 경우 파열되어 상기 내부동체(111) 내의 압력을 방출하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 상기 파열판(132)은 상기 매니폴드(115) 상에 배치되어 상기 내부동체(111) 내부로 소통되는 제2 압력배출배관(134) 상에 설치될 수 있다.
모니터링부(140)는 상기 극저온 냉각기(116), 상기 압축기(117), 상기 압력게이지(124), 상기 레벨게이지(125), 상기 기화코일(121), 상기 온도센서(128)와 전기적으로 연결되어, 상기 내부동체(111) 내의 액화수소 저장 및 사용을 위한 초저온용기 운전정보를 모니터링하여 상기 운전정보를 표시하며, 상기 운전정보를 원거리의 단말기로 전송하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 모니터링부(140)는 제어부(141), 통신부(142) 및 표시부(143)를 포함할 수 있다.
상기 제어부(141)는 상기 극저온 냉각기(116)의 운전상태, 상기 압축기(117)의 운전상태, 상기 압력게이지(124)에서 측정되는 상기 내부동체(111) 내의 압력정보, 상기 레벨게이지(125)에서 측정되는 상기 내부동체(111) 내의 액화수소량, 상기 기화코일(121)의 운전정보, 상기 온도센서(128)에서 측정되는 상기 내부동체(111) 내의 온도정보가 입력되고, 상기 극저온 냉각기(116), 상기 압축기(117), 상기 기화코일(121)을 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 통신부(142)는 상기 제어부(141)로 입력되는 각각의 정보들을 원거리의 단말기, 예를 들어, PC, 스마트폰과 같은 단말기로 원격으로 전송할 수 있다.
상기 표시부(143)는 상기 제어부(141)로 입력되는 각각의 정보들을 표시하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 표시부(143)는 상기 제어부(141)에 다운로드 및 실행 가능한 프로그램 및 상기 프로그램을 통해 상기 각각의 정보들을 표시하는 모니터를 포함할 수 있다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 액화수소저장 시스템은 상기 내부동체(111) 내의 액화수소를 저장하는 환경에서, 상기 모니터링부(140)의 제어부(141)의 제어에 의해, 상기 내부동체(111) 내의 온도가 상승하면 상기 극저온 냉각기(116)를 통해 상기 내부동체(111) 내의 액화수소의 온도를 낮추도록 운전되고, 상기 내부동체(111) 내의 압력이 세팅압력보다 높거나 낮아지는 경우에 따라 상기 승압코일(122) 및 상기 승압 조정기(123)를 통해 상기 내부동체(111) 내의 압력을 높이도록 운전되고, 상기 내부동체(111) 내의 액화수소의 사용을 위해 상기 기화코일(121)을 통해 상기 액화수소를 기화시킨 후 상기 기체사용밸브(126)를 열어 기화된 가스를 사용하도록 운전될 수 있다.
이러한 각각의 과정들의 운전정보는 상기 모니터링부(140)의 제어부(141)로 입력되며, 상기 제어부(141)로 입력된 각각의 운전정보들은 상기 모니터링부(140)의 통신부(142)를 통해 원거리의 단말기로 전송되어 원거리에서도 실시간으로 액화수소의 저장 및 사용에 관한 운전정보를 확인할 수 있다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 액화수소저장 시스템을 이용하면 액화수소의 저장 및 사용 환경에서 액화수소 저장용기의 운전 및 관리가 용이해질 수 있는 이점이 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액화수소저장 시스템을 본 발명의 일 실시예에 따른 액화수소저장 시스템과의 차이점을 중심으로 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액화수소저장 시스템을 설명하기 위한 부분 확대 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 마개 탑재 하우징 부분을 확대 도시하는 측면도이고, 도 6은 도 5에 도시된 마개 하강 리프트 및 고무마개가 하강된 모습을 나타내는 측면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 액화수소저장 시스템은 도 4 및 도 5에 도시된 마개 탑재 하우징(210), 마개 하강 리프트(220), 고무마개(230), 전자석(240), 전자석 구동기(250)를 더 포함하는 것을 제외하고는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화수소저장 시스템과 동일하므로 이하에서는 마개 탑재 하우징(210), 마개 하강 리프트(220), 고무마개(230), 전자석(240), 전자석 구동기(250)를 중심으로 설명한다.
마개 탑재 하우징(210)은 원통 형상이고, 상기 파열판(132)과 동축으로 설치되되 상면의 높이가 상기 파열판(132)보다 높게 위치하고, 상기 원통 형상의 측면은 상기 파열판(132)이 파열될 때 상기 내부동체(111) 내의 압력이 방출 가능하게 열려있다.
마개 하강 리프트(220)는 봉 형상의 연결축(221) 및 상기 연결축(221)의 상단부에 구비되고 상기 개방형 마개 탑재 하우징(210)의 상면의 직경 이상의 직경을 갖는 스토퍼(222)를 포함할 수 있다. 상기 마개 하강 리프트(220)는 상기 연결축(221)이 상기 개방형 마개 탑재 하우징(210)의 상면에 끼워지고 상기 스토퍼(222)는 상기 개방형 마개 탑재 하우징(210)의 상면과 일정 거리 이격되는 상태로 상기 개방형 마개 탑재 하우징(210)에 결합될 수 있다. 상기 연결축(221)은 절연 소재일 수 있다. 예를 들어, 금속 소재 표면에 절연 소재가 감싸는 형태일 수 있다.
고무마개(230)는 상기 파열판(132)이 설치되는 제2 압력배출배관(134)의 직경 이상의 직경을 갖는 판형의 평면부(231) 및 상기 평면부(231)의 가장자리로부터 하측으로 연장되는 측면부(232)를 포함하고, 상기 평면부(231)가 상기 연결축(221)의 하단부에 고정되어 상기 마개 하강 리프트(220) 하부에 구비될 수 있다. 이때, 상기 고무마개(230)는 상기 파열판(132)과 일정 거리 이격되어 배치된다.
전자석(240)은 상기 개방형 마개 탑재 하우징(210)의 상면에 배치되어 상기 스토퍼(222)과 마주하도록 구비될 수 있다.
전자석 구동기(250)는 보호박스(251), 상기 보호박스(251) 내에 수용되며 상기 전자석(240)과 전기적으로 연결되어 상기 전자석(240)에 전원을 공급하는 전원공급부(252) 및 상기 전원공급부(252)의 전원을 온/오프하여 상기 전원이 상기 전자석(240)에 인가되거나 차단되도록 제어하며 상기 보호박스(251) 외부로 노출되는 스위치(253)를 포함할 수 있다. 이러한 전자석 구동기(250)는 상기 보호박스(251)가 매니폴드(115) 상에 고정되어 상기 매니폴드(115) 상에 장착될 수 있다. 일 예로, 상기 스위치(253)는 상기 모니터링부(140)의 제어부(141)와 전기적으로 연결되어 상기 제어부(141)에 의해 온/오프 제어될 수 있다.
이러한 본 발명의 다른 실시예에 따른 액화수소저장 시스템은 상기 파열판(132)이 파열된 직후 상기 파열판(132)이 설치되는 상기 제2 압력배출배관(134)의 출구를 막아서 상기 내부동체(111) 내부로 이물질이 유입되는 것을 즉시 차단할 수 있다.
즉, 상기 파열판(132)이 파열되면 제어부(141)는 상기 전자석 구동기(250)의 스위치(253)가 온 되도록 하여 상기 전원공급부(252)가 상기 전자석(240)에 전원을 공급시킨다.
상기 전자석(240)에 전원이 공급되면 상기 전자석(240)은 자력을 가져서 상기 마개 하강 리프트(220)의 스토퍼(222)를 자력으로 당겨서 하강시키고, 이에 의해 상기 스토퍼(222)는 상기 전자석(240)에 부착된다.
이때, 상기 고무마개(230)는 도 6과 같이 상기 마개 하강 리프트(220)와 함께 하강되어 상기 파열판(132)이 설치된 상기 제2 압력배출배관(134)의 출구를 덮어서 막는다.
이와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 액화수소저장 시스템을 이용하면 상기 파열판(132)이 파열될 때 즉시 상기 파열판(132)이 파열되어 개방되는 상기 제2 압력배출배관(134)을 막아서 상기 제2 압력배출배관(134)의 출구를 통해 상기 내부동체(111) 내로 이물질이 유입되는 것을 차단할 수 있는 이점이 있다.
한편, 본 발명의 실시예들에 따른 액화수소저장 시스템의 압력게이지(124), 레벨게이지(125), 모니터링부(140)에는 오염물질의 부착방지 및 제거를 효과적으로 달성할 수 있도록 오염 방지 도포용 조성물로 이루어진 오염방지도포층이 도포될 수 있다.
상기 오염 방지 도포용 조성물은 소듐세스퀴카보네이트 및 부틸카비톨이 1:0.01 ~ 1:2 몰비로 포함되어 있고, 소듐세스퀴카보네이트 및 부틸카비톨 총함량은 전체 수용액에 대해 1 ~10 중량%이다.
상기 소듐세스퀴카보네이트 및 부틸카비톨은 몰비로서 1:0.01 ~ 1:2가 바람직한 바, 몰비가 상기 범위를 벗어나는 경우에는 각각의 압력게이지(124), 레벨게이지(125), 모니터링부(140) 상의 도포성이 저하되거나 도포 후에 표면의 수분흡착이 증가하여 도포막이 제거되는 문제점이 있다.
상기 소듐세스퀴카보네이트 및 부틸카비톨은 전체 조성물 수용액 중 1 ~ 10 중량%가 바람직한 바, 1 중량% 미만이면 각각의 압력게이지(124), 레벨게이지(125), 모니터링부(140) 상의 도포성이 저하되는 문제점이 있고, 10 중량%를 초과하면 도포막 두께의 증가로 인한 결정석출이 발생하기 쉽다.
한편, 본 오염방지도포용 조성물을 각각의 압력게이지(124), 레벨게이지(125), 모니터링부(140) 상에 도포하는 방법으로는 스프레이법에 의해 도포하는 것이 바람직하다. 또한, 각각의 압력게이지(124), 레벨게이지(125), 모니터링부(140) 상의 최종 도포막 두께는 700 ~ 2500Å이 바람직하며, 보다 바람직하게는 900 ~ 2000Å이다. 상기 도포막의 두께가 700 Å미만이면 고온 열처리의 경우에 열화되는 문제점이 있고, 2500 Å을 초과하면 도포 표면의 결정석출이 발생하기 쉬운 단점이 있다.
또한, 본 오염 방지 도포용 조성물은 소듐세스퀴카보네이트 0.1 몰 및 부틸카비톨 0.05몰을 증류수 1000 ㎖에 첨가한 다음 교반하여 제조될 수 있다.
상기 구성 성분의 비율 및 도포막 두께를 상기와 같이 수치 한정한 이유는, 본 발명자가 수차례 실패를 거듭하면서 시험결과를 통해 분석한 결과, 상기 비율에서 최적의 오염방지 도포 효과를 나타내었다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 액화수소저장 시스템의 고무마개(230)의 평면부(231)가 연결축(221)의 하단에 고정될 때 그 고정 접합력 향상을 위해 상기 평면부(231) 및 연결축(221)의 하단 사이에는 접착향상제가 도포될 수 있다.
접착향상제는 물 62중량부, 2-운데센일이미디졸 18중량부, 폴리옥시에틸렌스테아릴에테르 17중량부, 과황산암모늄 2중량부, 중탄산나트륨 1중량부를 포함하여 구성된다.
2-운데센일이미디졸는 접착성, 경화촉진 등을 향상하기 위해 첨가되며, 폴리옥시에틸렌스테아릴에테르는 계면활성제의 역할을 하고, 과황산암모늄은 촉매제 역할을 하며, 중탄산나트륨은 완충제 역할을 한다.
상기와 같이 구성 물질 및 구성 성분을 한정하고 혼합 비율의 수치를 한정한 이유는, 본 발명자가 수차례 실패를 거듭하면서 시험 결과를 통해 분석한 결과, 상기 구성 성분 및 수치 한정 비율에서 최적의 효과를 나타내었다.
한편, 본 발명의 실시예들에 따른 액화수소저장 시스템의 모니터링부(140)의 저면에는 고무재질의 진동 흡수부재(미도시)가 구비될 수 있다.
상기 진동 흡수부재의 원료 함량비는 고무 60중량%, 디부틸치오우레아 8중량%, 칼슘스테아레이트 6중량%, 카아본블랙 19중량%, 3C(N-PHENYL-N'-ISOPROPYL- P-PHENYLENEDIAMINE) 3중량%, 유기퍼옥사이드 4중량% 를 혼합한다.
디부틸치오우레아는 가황촉진 향상 등을 위해 첨가되며, 칼슘스테아레이트는 연화제 역할을 위해 첨가되고, 카아본블랙은 내마모성, 열전도성 등을 증대하거나 향상시키기 위해 첨가된다.
3C (N-PHENYL-N'-ISOPROPYL- P-PHENYLENEDIAMINE)는 산화방지제로 첨가되며, 유기퍼옥사이드는 촉진제 등의 역할을 위해 첨가된다.
따라서 본 발명은 상기 진동 흡수부재의 탄성, 인성 및 강성이 증대되므로 내구성이 향상되며, 이에 따라, 상기 진동 흡수부재 의 수명이 증대된다.
고무재질의 인장강도는 155Kg/㎠ 로 형성된다.
고무재질 구성 물질 및 구성 성분을 한정하고 혼합 비율의 수치 등을 한정한 이유는, 본 발명자가 수차례 실패를 거듭하면서 시험 결과를 통해 분석한 결과, 상기 구성 성분 및 수치 한정 비율에서 최적의 효과를 나타내었다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.
111 : 내부동체 112 : 단열재
113 : 외부동체 114 : 진공포트
115 : 매니폴드 116 : 극저온 냉각기
117 : 압축기 121 : 기화코일
122 : 승압코일 123 : 승압 조정기
124 : 압력게이지 125 : 레벨게이지
126 : 기체사용밸브 127 : 기체사용관
128 : 온도센서 131 : 스프링식 안전변
132 : 파열판 140 : 모니터링부

Claims (3)

  1. 내부에 액체수소를 저장하는 내부동체(111);
    상기 내부동체(111)로의 복사열 전달을 차단하기 위해 상기 내부동체(111)를 감싸는 단열재(112);
    상기 내부동체(111) 및 상기 단열재(112)를 수용하며, 상기 단열재(112)와의 사이에 진공층을 형성하여 상기 내부동체(111) 및 상기 단열재(112)를 보호하는 외부동체(113);
    상기 진공층의 형성을 위해 상기 외부동체(113) 상에 설치되는 진공포트(114);
    상기 외부동체(113)의 상부 일측의 개구를 덮도록 설치되는 매니폴드(115);
    열교환을 위한 실린더부가 상기 내부동체(111) 및 상기 외부동체(113)를 관통하여 장입되어 상기 내부동체(111) 내부를 냉각하는 극저온 냉각기(116);
    상기 극저온 냉각기(116)와 냉매배관(1171)을 통해 연결되어 냉매를 상기 극저온 냉각기(116)로 순화시키는 압축기(117);
    상기 내부동체(111)에 설치되어 상기 내부동체(111) 내의 액체수소를 기화시키는 기화코일(121);
    상기 내부동체(111)에 설치되어 기화된 가스의 사용을 위해 상기 내부동체(111) 내의 압력을 일정 압력 이상으로 승압시키는 승압코일(122);
    상기 외부동체(113)의 외부에서 상기 승압코일(122) 상에 설치되어 상기 내부동체(111) 내의 압력을 높이기 위한 승압 조정기(123);
    상기 내부동체(111) 내의 압력을 측정하여 표시하는 압력게이지(124);
    상기 내부동체(111) 내의 액화수소량을 측정하여 표시하는 레벨게이지(125);
    상기 내부동체(111) 내에서 기화된 가스를 취출하여 사용하기 위한 기체사용밸브(126);
    상기 극저온 냉각기(116), 상기 압축기(117), 상기 압력게이지(124), 상기 레벨게이지(125), 상기 기화코일(121)과 전기적으로 연결되어, 상기 내부동체(111) 내의 액화수소 저장 및 사용을 위한 초저온용기 운전정보를 모니터링하여 상기 운전정보를 표시하며, 상기 운전정보를 원거리의 단말기로 전송하는 모니터링부(140)를 포함하고;
    상기 단열재(112)는 다층단열재(multi layer insulation:MLI)이고,
    상기 내부동체(111) 내의 압력이 세팅압력 이상으로 형성되면 개방되어 상기 내부동체(111) 내의 압력을 방출하는 스프링식 안전변(131); 및
    상기 스프링식 안전변(131)의 오작동이나 멈춤으로 상기 내부동체(111) 내의 압력이 계속 상승하는 경우 파열되어 상기 내부동체(111) 내의 압력을 방출하는 파열판(132)을 포함하며;
    원통 형상이고, 상기 파열판(132)과 동축으로 설치되되 상면의 높이가 상기 파열판(132)보다 높게 위치하고, 상기 원통 형상의 측면은 상기 파열판(132)이 파열될 때 상기 내부동체(111) 내의 압력이 방출 가능하게 열려있는 개방형 마개 탑재 하우징(210);
    봉 형상의 연결축(221) 및 상기 연결축(221)의 상단부에 구비되고 상기 개방형 마개 탑재 하우징(210)의 상면의 직경 이상의 직경을 갖는 스토퍼(222)를 포함하고, 상기 연결축(221)이 상기 개방형 마개 탑재 하우징(210)의 상면에 끼워지고 상기 스토퍼(222)는 상기 개방형 마개 탑재 하우징(210)의 상면과 일정 거리 이격되는 상태로 상기 개방형 마개 탑재 하우징(210)에 결합된 마개 하강 리프트(220);
    상기 파열판(132)이 설치되는 제2 압력배출배관(134)의 직경 이상의 직경을 갖는 판형의 평면부(231) 및 상기 평면부(231)의 가장자리로부터 하측으로 연장되는 측면부(232)를 포함하고, 상기 평면부(231)가 상기 연결축(221)의 하단부에 고정되어 상기 마개 하강 리프트(220) 하부에 구비되는 고무마개(230);
    상기 개방형 마개 탑재 하우징(210)의 상면에 배치되어 상기 스토퍼(222)과 마주하는 전자석(240); 및
    보호박스(251), 상기 보호박스(251) 내에 수용되며 상기 전자석(240)과 전기적으로 연결되어 상기 전자석(240)에 전원을 공급하는 전원공급부(252) 및 상기 전원공급부(252)의 전원을 온/오프하여 상기 전원이 상기 전자석(240)에 인가되거나 차단되도록 제어하며 상기 보호박스(251) 외부로 노출되는 스위치(253)를 포함하고, 상기 보호박스(251)가 매니폴드(115) 상에 고정되어 상기 매니폴드(115) 상에 장착되는 전자석 구동기(250)를 더 포함하고,
    상기 마개 하강 리프트(220)는 상기 전자석(240)에 전원이 인가되면 상기 스토퍼(222)가 상기 전자석(240)에 부착되어 하강되고 이때 상기 고무마개(230)는 상기 파열판(132)이 설치된 상기 제2 압력배출배관(134)의 출구를 막도록 구성되는,
    액화수소저장 시스템.
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