KR102545595B1 - 압축형 연료탱크 및 그 제작방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액화가스가 저장되는 내부탱크, 내부탱크의 강성을 보완하도록 내부탱크의 외측면을 둘러싸며 결합되는 보강프레임, 복수의 단열층으로 형성되고, 보강프레임이 결합된 내부탱크를 감싸도록 구비되어 외부와의 열전달을 차단하는 단열부재 및 단열부재를 감싸며 보호하는 외부케이스를 포함하는 압축형 연료탱크를 제공한다.

Description

압축형 연료탱크 및 그 제작방법{A COMPRESSION TYPE FUEL TANK AND A MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 압축형 연료탱크 및 그 제작방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액화수소 또는 액화천연가스 등의 극저온의 액화가스를 효율적으로 저장할 수 있는 압축형 연료탱크 및 그 제작방법에 관한 것이다.
최근 화석연료의 사용으로 인한 환경오염의 심각성이 증대되고 있고, 특히 자동차의 배기가스로 인한 대기오염의 문제가 점점 심각해지고 있다.
이러한 점을 들어서 천연가스를 이용한 자동차, 전기자동차, 수소연료를 이용한 자동차의 개발 및 보급이 점차 늘어나고 있다.
그 중에서 수소연료는 지구상에서 탄소와 질소 다음으로 가장 풍부한 원소일 뿐만 아니라, 연소시에 극히 미량의 질소산화물만을 생성시키고, 다른 공해물질은 전혀 배출하지 않는 깨끗한 에너지원이며, 지구상에 존재하는 거의 무한한 양의 물을 원료로 하여 만들어낼 수 있고, 사용 후에는 다시 물로 재순환되기 때문에 고갈의 우려 또한 거의 없는 최적의 에너지원이다.
일반적으로 수소 자동차는 고압의 수소탱크로부터 공급되는 수소와 공기 중의 산소를 연료전지 스택 내에서 전기 화학 반응시켜 생성된 전기에너지를 이용하여 자동차를 구동하게 된다.
여기서, 수소 자동차에 적용되는 통상의 수소 연료탱크는 많은 양의 수소를 저장할 수 있도록 350bar 내지 900bar의 고압으로 압축된 수소를 저장하고 있으며, 이를 위해 고가의 복합소재를 이용하여 제작되고 있다.
차량에 적용되는 수소 연료탱크는 승차공간 확보와 충분한 주행거리를 위해 작은 사이즈로 고용량을 수소를 안전하게 저장하는 것이 매우 중요하다.
그런데, 종래의 수소 연료탱크의 경우, 고압의 압축수소를 저장하고 있기 때문에, 내부 압력의 증가 또는 외부로부터 가해지는 충격에 의해 크랙이 발생할 수 있으며, 이로 인한 수소 누출시 폭발로 이어질 수 있어 차량 내 안정성을 위협하는 문제점이 있었다.
공개특허 제2012-0051850호(공개일: 2012.05.23) "수소탱크"
본 발명에서는 압축형 연료탱크 및 그 제작방법, 구체적으로는 수소 저장량을 증대시키는 동시에 연료탱크의 크기를 줄일 수 있도록, 극저온의 액화수소를 안전하고 용이하게 저장할 수 있는 압축형 연료탱크 및 그 제작방법을 제공하고자 한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 액화가스가 저장되는 내부탱크, 내부탱크의 강성을 보완하도록 내부탱크의 외측면을 둘러싸며 결합되는 보강프레임, 복수의 단열층으로 형성되고, 보강프레임이 결합된 내부탱크를 감싸도록 구비되어 외부와의 열전달을 차단하는 단열부재 및 단열부재를 감싸며 보호하는 외부케이스를 포함하는 압축형 연료탱크를 제공한다.
또한, 내부탱크는, 액화가스가 저장되는 복수의 모듈형 탱크가 상호 연통하도록 연결되어 형성되는 압축형 연료탱크를 제공한다.
또한, 복수의 모듈형 탱크는, 상호 일부만 접합되어 상호 연결됨으로써 온도 변화에 따라 복수의 모듈형 탱크가 상호 신장되거나 수축되도록 형성되는 압축형 연료탱크를 제공한다.
또한, 내부탱크는, 스테인레스강, 인바강, 니켈강, 고망간강 및 알루미늄 중 하나의 재질로 이루어지는 압축형 연료탱크를 제공한다.
또한, 단열부재는, 스프레이 방식으로 내부탱크 및 보강프레임에 분사되어 발포 성형되는 고분자 폼으로 이루어지는 제1 단열층, 필름형 단열재로 형성되어 제1 단열층을 감싸는 제2 단열층 및 블록형 단열재로 형성되어 제2 단열층을 감싸며 결합되는 제3 단열층을 포함하는 압축형 연료탱크를 제공한다.
또한, 제1 단열층은 스프레이 방식의 폴리우레탄 폼(polyurethane foam)으로 형성되고, 제2 단열층은 에어로젤(aerogel)로 형성되며, 제3 단열층은 블록 형태로 가공된 폴리우레탄 폼(polyurethane foam)으로 형성되는 압축형 연료탱크를 제공한다.
또한, 내부탱크와 보강프레임 사이에는 보강프레임에 의한 내부탱크의 마찰 손상을 방지하기 위한 인서트 패드가 개재되는 압축형 연료탱크를 제공한다.
한편, 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에서는, 액화가스가 저장되는 압축형 연료탱크의 제작방법에 있어서, 액화가스가 저장되는 내부탱크를 제작하는 단계, 내부탱크의 외측면을 둘러싸도록 보강프레임을 결합하는 단계, 보강프레임이 결합된 내부탱크에 단열부재를 감싸도록 설치하는 단계 및 단열부재를 감싸며 보호하는 외부케이스를 설치하는 단계를 포함하는 압축형 연료탱크의 제작방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 압축형 연료탱크는, 액화수소를 저장하는 금속 재질의 내부탱크에 강성 보완을 위한 보강프레임을 결합하고, 내부탱크를 감싸는 다중의 단열부재와 외부케이스를 포함하여 구성됨으로써, 극저온의 액화수소를 안전하고 용이하게 저장할 수 있다.
또한, 복수의 모듈형 탱크를 상호 연통하도록 연결하여 내부탱크를 형성함으로써, 액화수소의 저장 용량에 맞추어 모듈형 탱크의 개수를 늘리거나 줄여 내부탱크를 제작할 수 있고, 복수의 모듈형 탱크가 상호 중앙 일부만 용접되어 일방향으로 연결되기 때문에, 온도 변화에 따라 복수의 모듈형 탱크가 용이하게 상호 신장되거나 수축될 수 있어, 탱크에 가해지는 열적 변형에 따른 파손을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 내부탱크를 감싸는 단열부재로서 폴리우레탄 폼 및 에어로젤을 이용하여 다중의 단열층을 형성함으로써, 단열 성능을 극대화하여 내부탱크에 저장된 액화수소의 기화를 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 극저온의 액화수소를 저장할 수 있도록 구성됨으로써, 수소를 고압으로 압축하여 저장하는 기존의 수소 연료탱크에 비해, 상대적으로 낮은 압력을 유지할 수 있고, 높은 밀도로 수소를 저장할 수 있어 수소 저장량을 증대시킬 수 있으며, 연료탱크의 부피와 무게를 크게 줄일 수 있어, 차량에 설치하기 용이한 장점이 있다.
또한, 외부 충격이나 내부 압력으로 인해 내부탱크가 터지는 사고가 발생하더라도 다중의 단열부재가 완충 작용을 수행하게 되어, 내부탱크로부터 방출되는 충격파를 최소화함으로써 차량 내 안전을 도모할 수 있다.
추가로 외부 충격에 대해서도 단열층이 충격을 흡수하기 때문에 내부탱크로 전달되는 충격이 완화되어 기존의 탱크들에 비해 교통사고 등의 외부 충격으로부터 추가적인 안전을 도모할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축형 연료탱크의 구조를 단면도로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 내부탱크를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 내부탱크에 결합된 보강프레임을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축형 연료탱크의 제작방법을 순서도로 도시한 것이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 내부탱크 및 보강프레임의 제작과정을 도시한 것이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.
도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략할 수 있고, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, “또는”, “적어도 하나” 등의 표현은 함께 나열된 단어들 중 하나를 나타내거나, 또는 둘 이상의 조합을 나타낼 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축형 연료탱크(100)의 구조를 단면도로 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 내부탱크(110)를 도시한 것이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 내부탱크(110)에 결합된 보강프레임(120)을 도시한 것이다.
본 발명에 따른 압축형 연료탱크(100)는 액화수소 또는 액화천연가스 등의 극저온의 액화가스를 저장할 수 있고, 이하의 실시예에서는 대표적으로 수소 차량에 적용되는 수소연료 저장용 연료탱크에 대해 설명한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압축형 연료탱크(100)는, 내부탱크(110), 보강프레임(120), 단열부재(130) 및 외부케이스(140)를 포함할 수 있다.
내부탱크(110)는 액화수소가 저장되는 복수의 모듈형 탱크(111)가 상호 연통하도록 연결된 형태로 형성될 수 있다.
여기서, 각각의 모듈형 탱크(111)는 극저온의 액화수소를 저장할 수 있는 금속 재질로 형성될 수 있는데, 예를 들어, 스테인레스강, 인바강, 니켈강, 고망간강 또는 알루미늄 등의 금속 재질로 형성될 수 있으며, 강도가 높은 소재일수록 얇은 판으로 금형기술을 이용하여 모듈형 탱크(111)를 제작할 수 있다.
또한, 모듈형 탱크(111)는 코너 부분이 라운드진 형태로 형성될 수 있고, 내부에 액화수소가 저장되는 저장공간이 형성되며, 다른 모듈형 탱크(111)와 연결되는 측면에는 중앙에 연통홀(112)이 형성될 수 있다.
또한, 모듈형 탱크(111)는 용접을 통해 다른 모듈형 탱크(111)와 상호 접합되어 연결될 수 있는데, 모듈형 탱크(111)의 연통홀(112)에 다른 모듈형 탱크(111)의 연통홀(112)을 마주보게 밀착시키고, 마주보게 밀착된 연통홀 주변부(113)를 용접함으로써, 모듈형 탱크(111) 간의 마주보는 측면 중앙을 상호 접합시켜 연결할 수 있으며, 이러한 방식으로 복수의 모듈형 탱크(111)를 연결하여 내부탱크(110)를 형성할 수 있다.
이와 같이 형성된 내부탱크(110)는 복수의 모듈형 탱크(111) 내에 저장된 액화수소가 연통홀(112)을 통해 모듈형 탱크(111) 간을 유동할 수 있다.
또한, 복수의 모듈형 탱크(111)가 연통홀 주변부(113)만 부분적으로 용접되어 상호 연결되어 있기 때문에, 온도 변화에 따라 복수의 모듈형 탱크(111)가 용이하게 상호 신장되거나 수축될 수 있어, 탱크에 가해지는 열적 변형에 따른 파손을 방지할 수 있다.
즉, 내부탱크(110)에 극저온의 액화수소를 유입 또는 배출시킬 때, 온도 변화에 의하여 복수의 모듈형 탱크(111) 사이가 상호 벌어지거나 오므려질 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 5개의 모듈형 탱크(111)를 상호 연통하도록 일방향으로 연결하여 내부탱크(110)를 형성한 예를 보여주고 있으나, 저장되는 액화수소의 저장 용량에 맞추어 모듈형 탱크(111)의 개수를 늘리거나 줄여 내부탱크(110)를 형성할 수 있다.
예를 들어, 90 내지 100리터의 액화수소를 저장하는 경우 5개의 모듈형 탱크(111)로 이루어진 내부탱크(110)를 적용할 수 있다.
보강프레임(120)은 내부탱크(110)의 강성을 보완하도록 내부탱크(110)의 외측면을 둘러싸며 결합될 수 있다.
더불어, 내부탱크(110)에서 보강프레임(120)이 결합되는 부분에는 내부탱크(110)의 마찰 손상을 방지하기 위한 인서트 패드(미도시)가 개재될 수 있다.
즉, 보강프레임(120)과 내부탱크(110)의 접촉에 따른 내부탱크(110)의 마찰손상을 보호하기 위하여, 접촉면 정도 크기로 내부탱크(110)의 평면부와 밀착이 될 수 있는 인서트 패드(미도시)가 개재될 수 있다.
이때, 인서트 패드(미도시)는 내부탱크(110)의 두께 정도로 얇게 형성되고, 내부탱크(110)보다 무르면서 단열성을 가지며 가벼운 소재일수록 좋다.
또한, 보강프레임(120)은 금속 재질의 내부탱크(110)가 압력에 의해 변형되는 것을 억제하는 역할을 할 수 있다.
구체적으로, 보강프레임(120)은 상호 교차되게 접합되어 내부탱크(110)를 종방향 및 횡방향으로 둘러싸는 복수의 세로프레임(121)과 가로프레임(122)을 포함할 수 있다.
여기서, 세로프레임(121)은 모듈형 탱크(111) 각각을 종방향으로 둘러싸며 결합되고, 가로프레임(122)은 상호 연결된 복수의 모듈형 탱크(111), 즉 내부탱크(110)를 횡방향으로 둘러싸며 결합될 수 있다.
단열부재(130)는 복수의 단열층으로 형성되고, 보강프레임(120)이 결합된 내부탱크(110)를 감싸도록 구비되어 외부와의 열전달을 차단할 수 있다.
구체적으로, 단열부재(130)는 스프레이 방식으로 내부탱크(110) 및 보강프레임(120)에 분사되어 단열재를 형성하는 제1 단열층(131)과, 필름형 단열재로 형성되어 제1 단열층(131)을 감싸는 제2 단열층(132)과, 블록형 단열재로 형성되어 제2 단열층(132)을 감싸며 결합되는 제3 단열층(133)을 포함할 수 있다.
여기서, 제1 단열층(131)은 스프레이 방식으로 폴리우레탄 폼(polyurethane foam) 등의 고분자 폼을 내부탱크(110) 및 보강프레임(120)에 분사하여 발포 성형함으로써, 보강프레임(120)이 결합된 내부탱크(110)를 긴밀하게 감싸는 단열재를 형성할 수 있다.
또한, 제2 단열층(132)은 단열, 충격완충 및 방음 효과 등이 뛰어난 에어로젤(aerogel)로 형성될 수 있고, 필름 형태로 제1 단열층(131)을 감싸도록 형성될 수 있다.
또한, 제3 단열층(133)은 블록 형태로 가공된 고분자 폼으로서, 단열 및 완충 성능을 갖는 폴리우레탄 폼(polyurethane foam)을 이용할 수 있고, 제2 단열층(132)의 외측면을 감싸는 형태로 상호 결합됨으로써, 제2 단열층(132)의 외측을 마감하는 벽체로 형성될 수 있다.
이때, 제3 단열층(133)은 외부 또는 내부 충격에 대해 효과적인 완충 성능을 갖도록 제1 단열층(131)에 비해 두꺼운 형태로 형성될 수 있다.
외부케이스(140)는 알루미늄 등의 금속 재질로 형성될 수 있고, 단열부재(130)를 감싸며 보호할 수 있다.
이와 같은 본 실시예에 따른 압축형 연료탱크(100)는, 스테인레스강 등의 금속재로 내부탱크(110)를 제작하고, 내부탱크(110)를 둘러싸도록 보강프레임(120)을 결합하여 압력에 의한 하중을 견딜 수 있도록 내부탱크(110)의 강성을 보완할 수 있으며, 내부탱크(110)를 감싸는 단열부재(130)로서 폴리우레탄 폼 및 에어로젤을 이용하여 다중의 단열층(131,132,133)을 형성함으로써, 단열 성능을 극대화하여 내부탱크(110)에 저장된 액화수소의 기화를 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 복수의 모듈형 탱크(111)를 상호 연통하도록 연결하여 내부탱크(110)를 형성함으로써, 액화수소의 저장 용량에 맞추어 모듈형 탱크(111)의 개수를 늘리거나 줄여 내부탱크(110)의 대용량 또는 소용량으로 제작할 수 있다.
더불어, 복수의 모듈형 탱크(111)가 상호 중앙부만 부분적으로 용접되어 일방향으로 연결되어 있기 때문에, 온도 변화에 따라 복수의 모듈형 탱크(111)가 용이하게 상호 신장되거나 수축될 수 있어, 탱크에 가해지는 열적 변형에 따른 파손을 방지할 수 있다.
특히, 본 실시예의 압축형 연료탱크(100)의 경우, 극저온의 액화수소를 저장할 수 있도록 구성됨으로써, 수소를 고압으로 압축하여 저장하는 기존의 수소 연료탱크에 비해, 상대적으로 낮은 압력을 유지할 수 있고, 높은 밀도로 수소를 저장할 수 있어 수소 저장량을 증대시킬 수 있다.
또한, 높은 밀도로 수소를 저장할 수 있기 때문에, 동일한 용량을 갖는 기존의 수소 연료탱크와 비교하여 부피와 무게를 크게 줄일 수 있어, 차량에 설치하기 용이한 장점이 있다.
또한, 외부케이스(140) 및 다중의 단열층(131,132,133)을 통해 내부탱크(110)를 용이하게 보호할 수 있고, 외부 충격이나 내부 압력으로 인해 내부탱크(110)가 터지는 사고가 발생하더라도 다중의 단열층(131,132,133)이 완충 작용을 수행하게 되어, 내부탱크(110)로부터 방출되는 충격파를 최소화함으로써 차량 내 안전을 도모할 수 있다.
더욱이, 외부 충격에 대해서도 다중의 단열층(131,132,133)이 충격을 흡수하기 때문에 내부탱크(110)로 전달되는 충격이 완화되어 기존의 탱크들에 비해 교통사고 등의 외부 충격으로부터 추가적인 안전을 도모할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축형 연료탱크(100)의 제작방법을 순서도로 도시한 것이고, 도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 내부탱크(110) 및 보강프레임(120)의 제작과정을 도시한 것이다.
도 4 내지 도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 압축형 연료탱크(100)를 제작하는 과정에 있어서는, 먼저 일측면에 연통홀(112)이 형성되고 타측이 개방된 형태의 반분할된 용기(11)를 복수개 제작할 수 있다(S110).
여기서, 반분할된 용기(11)는 스테인레스강 등의 금속 재질로 형성될 수 있다.
다음, 개방부가 양측에 배치되도록 한 쌍의 반분할된 용기(11)를 용접하여 접합용기(10)를 형성할 수 있다(S120).
이때에는, 반분할된 용기(11)의 연통홀(112)과 다른 반분할된 용기(11)의 연통홀(112)을 마주보게 밀착시키고, 상호 밀착된 연통홀 주변부(113)를 부분적으로 용접하여, 한 쌍의 반분할된 용기(11)를 상호 접합시킴으로써, 중앙에 연통홀(112)이 배치되고 양측에 개방부가 형성된 접합용기(10)를 형성할 수 있다.
이어서, 복수의 접합용기(10)를 일방향으로 용접하여, 양측에 개방부가 형성되고 중앙부에 적어도 하나의 모듈형 탱크(111)가 형성된 내부탱크(110a)를 형성할 수 있다(S130).
이 과정에서는, 접합용기(10)의 일측 개방부 가장자리를 다른 접합용기(10)의 타측 개방부 가장자리와 밀착시킨 후 용접하여 모듈형 탱크(111)를 형성할 수 있고, 동일한 방법으로 복수의 접합용기(10)를 일방향으로 연달아 용접하여, 양측에 개방부가 형성되고 중앙부에 복수의 모듈형 탱크(111)가 형성된 내부탱크(110a)를 형성할 수 있다
다음, 일측이 개방된 형태의 반분할된 용기(12)를 제작하고, 해당 반분할된 용기(12)를 내부탱크(110a)의 양측 개방부에 각각 용접하여 마감함으로써, 복수의 모듈형 탱크(111)를 갖는 내부탱크(110)를 완성할 수 있다(S140).
다음, 내부탱크(110)의 외측면을 둘러싸도록 보강프레임(120)을 결합시킬 수 있다(S150).
이때에는, 내부탱크(110)의 사이즈에 대응하여 보강프레임(120)을 제작한 후, 제작된 보강프레임(120)을 내부탱크(110)에 결합시킬 수 있다.
또한, 내부탱크(110)에서 보강프레임(120)이 결합되는 부분에는 내부탱크(110)의 마찰 손상을 방지하기 위한 인서트 패드(미도시)가 개재될 수 있다.
한편, 보강프레임(120)이 결합된 내부탱크(110)의 제작이 완료되면, 해당 보강프레임(120)이 결합된 내부탱크(110)에 단열부재(130)를 설치할 수 있다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 단열부재(130)의 설치 과정에서는, 보강프레임(120)이 결합된 내부탱크(110)에 스프레이 방식의 고분자 폼을 분사하여 발포 성형함으로써 제1 단열층(131)을 형성할 수 있다(S160).
이때, 제1 단열층(131)에 적용되는 고분자 폼으로는 스프레이 방식의 폴리우레탄 폼을 이용할 수 있다.
이어서, 제1 단열층(131)에 필름 형태의 단열재를 감싸도록 설치하여 제2 단열층(132)을 형성할 수 있고(S170), 제2 단열층(132)의 외측면을 감싸는 블록 형태의 고분자 폼을 설치하여 제3 단열층(133)을 형성할 수 있다(S180).
여기서, 제2 단열층(132)에 적용되는 단열재는 에어로젤을 이용할 수 있고, 제3 단열층(133)은 블록 형태로 가공된 폴리우레탄 폼을 이용할 수 있다.
또한, 제1 내지 제3 단열층(131,132,133)으로 이루어진 단열부재(130)를 보호할 수 있도록, 단열부재(130)를 감싸는 알루미늄 재질의 외부케이스(140)를 설치할 수 있다(S190).
이와 같이 제작되는 본 실시예의 압축형 연료탱크(100)는, 수소를 고압으로 압축하여 저장함으로써 고압에 견디도록 고가의 복합소재를 이용하는 기존의 수소 연료탱크에 비해, 상대적으로 저가의 소재를 이용하여 간단하게 제작할 수 있고 극저온의 액화수소를 용이하게 저장할 수 있어, 수소 저장용량을 증대시키고 연료탱크의 제작 비용을 절감할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 상술한 실시예에서는 차량에 적용되는 압축형 연료탱크(100)에 대해 설명하였으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 액화가스를 이용하는 선박 등의 다양한 이동수단에 적용될 수 있음은 자명하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 압축형 연료탱크(100)는, 액화수소를 저장하는 금속 재질의 내부탱크(110)에 강성 보완을 위한 보강프레임(120)을 결합하고, 내부탱크(110)를 감싸는 다중의 단열부재(130)와 외부케이스(140)를 포함하여 구성됨으로써, 극저온의 액화수소를 안전하고 용이하게 저장할 수 있다.
또한, 복수의 모듈형 탱크(111)를 상호 연통하도록 연결하여 내부탱크(110)를 형성함으로써, 액화수소의 저장 용량에 맞추어 모듈형 탱크(111)의 개수를 늘리거나 줄여 내부탱크(110)를 제작할 수 있고, 복수의 모듈형 탱크(111)가 상호 중앙 일부만 용접되어 일방향으로 연결되기 때문에, 온도 변화에 따라 복수의 모듈형 탱크(111)가 용이하게 상호 신장되거나 수축될 수 있어, 탱크에 가해지는 열적 변형에 따른 파손을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 내부탱크(110)를 감싸는 단열부재(130)로서 폴리우레탄 폼 및 에어로젤을 이용하여 다중의 단열층을 형성함으로써, 단열 성능을 극대화하여 내부탱크(110)에 저장된 액화수소의 기화를 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 극저온의 액화수소를 저장할 수 있도록 구성됨으로써, 수소를 고압으로 압축하여 저장하는 기존의 수소 연료탱크에 비해, 상대적으로 낮은 압력을 유지할 수 있고, 높은 밀도로 수소를 저장할 수 있어 수소 저장량을 증대시킬 수 있으며, 연료탱크의 부피와 무게를 크게 줄일 수 있어, 차량에 설치하기 용이한 장점이 있다.
또한, 외부 충격이나 내부 압력으로 인해 내부탱크(110)가 터지는 사고가 발생하더라도 다중의 단열부재(130)가 완충 작용을 수행하게 되어, 내부탱크(110)로부터 방출되는 충격파를 최소화함으로써 차량 내 안전을 도모할 수 있다.
추가로 외부 충격에 대해서도 단열층이 충격을 흡수하기 때문에 내부탱크(110)로 전달되는 충격이 완화되어 기존의 탱크들에 비해 교통사고 등의 외부 충격으로부터 추가적인 안전을 도모할 수 있다.
본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
따라서 본 발명의 범위는 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 압축형 연료탱크 110 : 내부탱크
111 : 모듈형 탱크 112 : 연통홀
120 : 보강프레임 130 : 단열부재
131 : 제1 단열층 132 : 제2 단열층
133 : 제3 단열층 140 : 외부케이스

Claims (11)

  1. 액화가스가 저장되는 복수의 모듈형 탱크가 상호 연통하도록 연결되어 형성되는 내부탱크;
    상기 내부탱크의 강성을 보완하도록 상기 내부탱크의 외측면을 둘러싸며 결합되는 보강프레임;
    복수의 단열층으로 형성되고, 상기 보강프레임이 결합된 내부탱크를 감싸도록 구비되어 외부와의 열전달을 차단하는 단열부재; 및
    상기 단열부재를 감싸며 보호하는 외부케이스를 포함하고,
    상기 복수의 모듈형 탱크는 각각 일측 또는 양측에 연통홀이 형성되고,
    상기 내부탱크는 상기 복수의 모듈형 탱크의 연통홀이 상호 마주보게 밀착되고, 상기 연통홀의 주변부만 접합되어 상기 복수의 모듈형 탱크가 일방향으로 연결됨으로써, 상기 액화가스가 상기 연통홀을 통해 상기 복수의 모듈형 탱크 간을 유동하고, 온도 변화에 따라 상기 복수의 모듈형 탱크가 상호 신장되거나 수축되도록 형성되는 압축형 연료탱크.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 내부탱크는,
    스테인레스강, 인바강, 니켈강, 고망간강 및 알루미늄 중 하나의 재질로 이루어지는 압축형 연료탱크.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 단열부재는,
    스프레이 방식으로 상기 내부탱크 및 보강프레임에 분사되어 발포 성형되는 고분자 폼으로 이루어지는 제1 단열층;
    필름형 단열재로 형성되어 제1 단열층을 감싸는 제2 단열층; 및
    블록형 단열재로 형성되어 제2 단열층을 감싸며 결합되는 제3 단열층을 포함하는 압축형 연료탱크.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제1 단열층은 스프레이 방식의 폴리우레탄 폼(polyurethane foam)으로 형성되고, 상기 제2 단열층은 에어로젤(aerogel)로 형성되며, 상기 제3 단열층은 블록 형태로 가공된 폴리우레탄 폼(polyurethane foam)으로 형성되는 압축형 연료탱크.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 내부탱크와 상기 보강프레임 사이에는 상기 보강프레임에 의한 상기 내부탱크의 마찰 손상을 방지하기 위한 인서트 패드가 개재되는 압축형 연료탱크.
  8. 액화가스가 저장되는 압축형 연료탱크의 제작방법에 있어서,
    액화가스가 저장되는 내부탱크를 제작하는 단계;
    상기 내부탱크의 외측면을 둘러싸도록 보강프레임을 결합하는 단계;
    상기 보강프레임이 결합된 내부탱크에 단열부재를 감싸도록 설치하는 단계; 및
    상기 단열부재를 감싸며 보호하는 외부케이스를 설치하는 단계를 포함하고,
    상기 내부탱크를 제작하는 단계는,
    일측면에 연통홀이 형성되고 타측에는 개방부가 형성된 형태의 반분할된 용기를 제작하는 단계;
    개방부가 양측에 배치되도록 한 쌍의 반분할된 용기의 연통홀 주변부를 상호 접합하여 접합용기를 형성하는 단계;
    복수의 접합용기를 일방향으로 접합하여, 양측에 개방부가 형성되고 중앙부에 적어도 하나의 모듈형 탱크가 형성된 내부탱크를 형성하는 단계; 및
    일측이 개방된 형태의 반분할된 용기를 제작하고, 상기 반분할된 용기를 상기 내부탱크의 양측 개방부에 각각 접합하여 마감함으로써, 복수의 모듈형 탱크를 갖는 내부탱크를 형성하는 단계를 포함하여,
    상기 액화가스가 상기 연통홀을 통해 상기 복수의 모듈형 탱크 간을 유동하고, 온도 변화에 따라 상기 복수의 모듈형 탱크가 상호 신장되거나 수축되도록 형성되는 내부탱크를 제작하는 압축형 연료탱크의 제작방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 내부탱크의 외측면을 둘러싸도록 보강프레임을 결합하는 단계는,
    상기 내부탱크에서 상기 보강프레임이 결합되는 부분에 상기 내부탱크의 마찰 손상을 방지하기 위한 인서트 패드를 개재하여 설치하는 단계를 포함하는 압축형 연료탱크의 제작방법.
  10. 삭제
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 보강프레임이 결합된 내부탱크에 단열부재를 감싸도록 설치하는 단계는,
    상기 보강프레임이 결합된 내부탱크에 스프레이 방식의 폴리우레탄 폼을 분사하여 발포 성형함으로써 제1 단열층을 형성하는 단계;
    상기 제1 단열층에 필름 형태의 에어로젤을 감싸도록 설치하여 제2 단열층을 형성하는 단계; 및
    상기 제2 단열층의 외측면을 감싸는 블록 형태의 폴리우레탄 폼을 설치하여 제3 단열층을 형성하는 단계를 포함하는 압축형 연료탱크의 제작방법.
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