KR102578458B1 - 극저온 액체 연료 탱크 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 극저온 액체 연료 탱크는 상부 및 하부와, 전방 및 후방의 일부가 곡면 형상을 갖는 복수 개의 챔버가 연속적으로 연결된 내부 탱크(10); 상기 내부 탱크(10)를 관통하여 설치되는 서포트 파이프(20); 상기 내부 탱크(10)를 둘러싸며 설치되고, 전방에 복합 단열층 전방 커버(52)와 후방에 복합 단열층 후방 커버(53)를 갖는 복합 단열층 본체(51); 상기 복합 단열층 전방 커버(52)의 전방에 설치되고, 상기 서포트 파이프(20)의 전방 끝 부분이 고정되는 전방 고정 부재(61); 상기 복합 단열층 후방 커버(53)의 후방에 설치되고, 상기 서포트 파이프(20)의 후방 끝 부분이 고정되는 후방 고정 부재(62); 및 상기 복합 단열층 본체(51)를 둘러싸며, 전방에 제1 엔드 커버(72)와 후방에 제2 엔드 커버(73)를 갖는 진공 재킷 본체(71)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

극저온 액체 연료 탱크{CRYOGENIC LIQUID FUEL TANK}
본 발명은 극저온 액체 연료 탱크에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 극저온 상태에서 압축된 액체를 저장하기에 적합한 새로운 구조를 갖는 극저온 액체 연료 탱크에 관한 것이다.
일반적으로 자동차나 산업용 기계 등에 사용되는 연료를 저장하기 위한 연료탱크는 액체나 기체 상태의 연료를 저장하고 있다. 특히, 기체는 부피가 크기 때문에 저온의 압축 상태로 액화하여 연료 탱크에 저장하여야 저장 용량을 증대시킬 수 있다.
최근 자동차의 화석 연료를 대체하기 위해 전기 자동차의 수요 및 공급이 늘고 있는데 수소 연료 전지를 사용하여 생산한 전기를 이용하여 구동되는 수소 자동차는 향후 환경적인 측면이나 에너지 효율 면에서 유리한 전망을 가지고 있다.
이러한 수소 연료는 연료 전지 내에서 기체 상태로 반응하기 때문에 수소 연료를 저장하는 연료 탱크에 기체 상태의 수소를 저장하는 경우 350 bar 이상의 고압으로 압축된 수소를 저장해야 한다. 이 경우 저장 탱크는 고압에 대해 안정성을 부여하기 위해 고가의 복합 소재를 사용한다. 기체 상태의 수소는 압축 상태라 하더라도 부피를 상당히 차지하기 때문에 기체 상태의 수소를 저장하는 것 보다 액체 상태로 저장하는 것이 보다 많은 양의 연료를 저장할 수 있다.
미국 특허 제8,235,240호에서는 극저온 액체 수소를 저장하기 위한 저장 용기에 대하여 개시하고 있다. 이 특허에서는 액체 수소를 저장하는 내부 용기의 몸체의 내부를 다수의 챔버로 구분하여 각 챔버가 연통하도록 하고 있으며 몸체의 양단을 캡으로 덮는 구조를 제시하고 있다. 그러나, 이 특허에서 액체 수소를 저장하는 각 챔버는 실질적으로 육면체의 형상을 갖기 때문에 연료 탱크 내부의 수축 및 팽창에 따라 응력이 연료 탱크의 일부에 집중되는 것을 분산하기 어렵다. 또한, 응력 변화에 대응하기 위해 연료 탱크 본체의 상부 및 하부 쪽을 곡면 형태로 하는 경우 챔버의 개수만큼 탱크 본체의 상부면과 하부면을 곡면으로 가공하여야 하므로 용기의 제작이 어렵고 챔버의 크기와 개수가 본체의 크기로 한정되기 때문에 설계상의 제약이 큰 단점이 있다.
대한민국 등록특허 제10-2021038호에서는 외부 탱크와 내부 탱크로 이루어지고 외부 탱크의 엔드캡이 곡면 형태를 갖는 저장 탱크에 대하여 개시하고 있다. 이 특허는 탱크 양단에 곡면 형태로 응력을 분산시키는 구조를 가지고 있다. 그러나, 이 구조에서는 단일 챔버의 구조를 택하고 있으므로 극저온 액체에 의한 응력 변화를 효과적으로 대체하는데 한계가 있으며, 이러한 한계를 극복하기 위해 내부 및 외부 탱크를 곡면으로 형성하고 있기 때문에 공간 활용성이 경우에 따라 좋지 않은 문제가 있다.
이에 본 발명자들은 상술한 문제점을 해결하기 위해 새로운 구조를 갖는 극저온 액체 연료 탱크를 제안하고자 한다.
본 발명은 극저온 상태에서 응력이 집중되는 것을 효과적으로 분산시킬 수 있는 새로운 구조의 극저온 액체 연료 탱크를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 설치 공간의 제약이 덜한 극저온 액체 연료 탱크를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 탱크 내부에 레벨 센서 등이 없이도 저장 용량을 체크할 수 있는 극저온 액체 연료 탱크를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 여러 챔버 사이에서 기화된 가스를 회수하여 각 챔버의 내부 압력을 균일하게 유지할 수 있는 극저온 액체 연료 탱크를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적 및 기타 내재되어 있는 목적은 아래 설명하는 본 발명에 의하여 모두 용이하게 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 극저온 액체 연료 탱크는
상부 및 하부와, 전방 및 후방의 일부가 곡면 형상을 갖는 복수 개의 챔버가 연속적으로 연결된 내부 탱크(10);
상기 내부 탱크(10)를 관통하여 설치되는 서포트 파이프(20);
상기 내부 탱크(10)를 둘러싸며 설치되고, 전방에 복합 단열층 전방 커버(52)와 후방에 복합 단열층 후방 커버(53)를 갖는 복합 단열층 본체(51);
상기 복합 단열층 전방 커버(52)의 전방에 설치되고, 상기 서포트 파이프(20)의 전방 끝 부분이 고정되는 전방 고정 부재(61);
상기 복합 단열층 후방 커버(53)의 후방에 설치되고, 상기 서포트 파이프(20)의 후방 끝 부분이 고정되는 후방 고정 부재(62); 및
상기 복합 단열층 본체(51)를 둘러싸며, 전방에 제1 엔드 커버(72)와 후방에 제2 엔드 커버(73)를 갖는 진공 재킷 본체(71);
로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 서포트 파이프(20)의 하부에는 상기 챔버로 각각 연통하는 복수 개의 하부 홀(21)이 형성되이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 서포트 파이프(20)의 상부에는 상기 챔버로 각각 연통하는 복수 개의 제1 공급관(22)이 형성되어도 좋다.
본 발명에서, 상기 서포트 파이프(20)의 상부에는 상기 챔버로 각각 연통하는 복수 개의 제2 공급관(23)이 더 형성되어도 좋다.
본 발명에서, 상기 제2 공급관(23)의 높이는 상기 제1 공급관(22)의 높이보다 큰 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 서포트 파이프(20)의 내부에는 가스 회수관(24)이 상기 서포트 파이프(20)와 평행하게 설치되고, 상기 가스 회수관(24)으로부터 상기 챔버(C)의 상부 쪽으로 가스 회수 지관(24A)이 설치되어도 좋다.
본 발명에서, 상기 제1 엔드 커버(72)는 원판 형상의 제1 엔드 커버 본체(72A)와, 상기 제1 엔드 커버 본체(72A)의 둘레를 따라 곡면 형상을 갖는 제1 엔드 커버 둘레부(72B)로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 제2 엔드 커버(73)는 원판 형상의 제2 엔드 커버 본체(73A)와, 상기 제2 엔드 커버 본체(73A)의 둘레를 따라 곡면 형상을 갖는 제2 엔드 커버 둘레부(73B)로 이루어지는 것이 좋다.
본 발명은 극저온 액체 연료를 저장하기에 적합한 새로운 구조를 통해 극저온 상태에서 응력이 집중되는 것을 효과적으로 분산시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 설치 공간의 제약이 상대적으로 덜한 극저온 액체 연료 탱크를 제공하는 동시에 탱크 내부에 레벨 센서 등이 없이도 저장 용량을 체크할 수 있다. 또한, 본 발명은 여러 챔버 사이에서 기화된 가스를 회수하여 각 챔버의 내부 압력을 균일하게 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 극저온 액체 연료 탱크를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 극저온 액체 연료 탱크의 일부를 분해하여 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 극저온 액체 연료 탱크를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 극저온 액체 연료 탱크의 내부 탱크를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 극저온 액체 연료 탱크의 내부 탱크를 이루는 제1 모듈 부재와 제2 모듈 부재를 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 극저온 액체 연료 탱크의 내부 탱크를 이루는 제1 모듈 부재와 제2 모듈 부재를 나타낸 측면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 극저온 액체 연료 탱크의 내부 탱크를 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 극저온 액체 연료 탱크의 내부 탱크의 일부를 분해하여 나타낸 사시도이다.
이하에서 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 극저온 액체 연료 탱크(1)를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 극저온 액체 연료 탱크(1)의 일부를 분해하여 나타낸 사시도이며, 도 3은 극저온 액체 연료 탱크(1)의 단면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 극저온 액체 연료 탱크(1)는 복수 개의 챔버(C)가 연속적으로 연결된 내부 탱크(10)와, 내부 탱크(10)의 외부에 위치하는 진공 재킷(70)을 포함하여 이루어진다.
내부 탱크(10)는 각 챔버를 구성하는 모듈 부재들이 서포트 파이프(20)에 연속적으로 반복하여 결합되어 이루어진다. 챔버의 개수는 도 3에서 9개를 도시하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 설계상의 필요에 따라 다른 개수의 챔버(C)를 적용할 수 있다. 각 챔버는 얇은 스테인리스 강판 등을 사용하여 제조되며, 도우넛(donut)과 유사한 형상을 갖는다. 각 챔버의 공간은 서포트 파이프(20)를 기준으로 상부 쪽은 상부 챔버(CT)이고, 하부 쪽은 하부 챔버(CB)로 구분한다. 상부 챔버(CT)와 하부 챔버(CB)는 서포트 파이프(20) 주위로 연통되어 있다. 본 명세서에서 '전방' 및 '후방'은 도 1에서 각각 +y 및 -y 방향을 의미하고, '상부' 및 '하부' 방향은 각각 +z 및 -z 방향을, '좌측' 및 '우측' 방향은 각각 +x 및 -x 방향을 의미하는 것으로 사용한다.
서포트 파이프(20)의 전방 끝단에는 연료 공급 배관(80)이 연결된다. 연료 공급 배관(80)은 각 챔버와 연통하도록 하며, 연료 공급 배관(80)은 내부 탱크(10)의 제일 전방의 챔버와 연결되어 극저온 액체 연료를 외부로부터 공급한다. 공급되는 극저온 액체 연료는 서포트 파이프(20)의 내부로 흘러 들어오며, 각 챔버에 형성된 하부 홀(21) 등을 통해 각 챔버 내부에 저장된다.
내부 탱크(10)는 원통 형상의 복합 단열층 본체(51)에 의해 둘러싸여진다. 내부 탱크(10)의 전방에는 원판 형상의 복합 단열층 전방 커버(52)가 설치되고, 내부 탱크(10)의 후방에는 원판 형상의 복합 단열층 후방 커버(53)가 설치된다. 복합 단열층 본체(51), 복합 단열층 전방 커버(52) 및 복합 단열층 후방 커버(53)는 복합 단열재로 이루어지는데, 예를 들어 알루미늄 박막, 에어로젤(aerogel) 또는 글라스 울(glass wool)과, 공기층을 갖는 스페이서가 다층으로 적층되어 제작된 복합 단열재인 MLI(Multi-layered Isolation)일 수 있다.
복합 단열층 전방 커버(52)의 중앙에는 서포트 파이프(20)가 관통하여 결합되기 위한 복합 단열층 전방 커버 관통홀(52A)이 형성되고, 복합 단열층 후방 커버(53)의 중앙에는 서포트 파이프(20)가 관통하여 결합되기 위한 복합 단열층 후방 커버 관통홀(53A)이 형성된다.
복합 단열층 전방 커버(52)의 전방에는 원판 형상의 전방 고정 부재(61)가 설치되고, 복합 단열층 후방 커버(53)의 후방에는 원판 형상의 후방 고정 부재(62)가 설치된다. 전방 고정 부재(61)와 후방 고정 부재(62)는 서포트 파이프(20)의 전단 및 후단을 각각 지지하고 고정시키는 역할을 하며, 플라이우드(plywood)나 섬유 강화 플라스틱(FRP)와 같은 복합 소재를 사용한다.
전방 고정 부재(61)의 후방면의 중앙에는 서포트 파이프(20)의 전방 끝 부분이 결합되기 위한 전방 고정홈(61A)이 형성된다. 전방 고정 부재(61)의 중앙 부분에는 전방 고정홈(61A)과 연통하는 전방 중앙홀(61B)이 형성되어, 전방 중앙홀(61B)를 관통하는 연료 공급 배관(80)이 서포트 파이프(20)에 연결된다. 후방 고정 부재(62)의 전방면의 중앙에는 서포트 파이프(20)의 후방 끝 부분이 결합되기 위한 후방 고정홈(62A)이 형성된다.
진공 재킷 본체(71)는 원통 형상을 가지면서 복합 단열층 본체(51)를 감싸도록 설치된다. 진공 재킷 본체(71)의 전방에는 제1 엔드 커버(72)가 전방 고정 부재(61)를 덮도록 결합되며, 진공 재킷 본체(71)의 후방에는 제2 엔드 커버(73)가 후방 고정 부재(62)를 덮도록 결합된다. 진공 재킷 본체(71), 제1 엔드 커버(72) 및 제2 엔드 커버(73)로 이루어지는 진공 재킷(70)은 스테인레스 또는 알루미늄 등의 금속 재질을 성형하여 제조할 수 있다.
제1 엔드 커버(72)는 원판 형상의 제1 엔드 커버 본체(72A)와, 제1 엔드 커버 본체(72A)의 둘레를 따라 곡면 형상을 갖는 제1 엔드 커버 둘레부(72B)와, 제1 엔드 커버 본체(72A)의 중앙에 형성되어 연료 공급 배관(80)이 관통하기 위한 제1 엔드 커버 중앙홀(72C)로 이루어진다. 제2 엔드 커버(73)는 원판 형상의 제2 엔드 커버 본체(73A)와, 제2 엔드 커버 본체(73A)의 둘레를 따라 곡면 형상을 갖는 제2 엔드 커버 둘레부(73B)로 이루어진다.
제1 엔드 커버 둘레부(72B)와 제2 엔드 커버 둘레부(73B)는 극저온 액체 연료 탱크(1) 내부를 진공으로 만들 때 발생하는 압력 변화에 따라 받는 응력을 분산시키기 위해 곡면 형상을 갖도록 한다. 제1 엔드 커버(72)와 제2 엔드 커버(73)는 전체적으로 평평하기 때문에 극저온 액체 연료 탱크(1)가 실질적으로 원통 형상을 갖게 된다. 따라서, 종래의 극저온 액체 연료 탱크는 전방이나 후방이 둥근 형상으로 돌출되는데 반해 본 발명에 따른 연료 탱크는 원통 형상으로 전방 및 후방이 평평하여 연료 탱크를 차량 등에 설치하는데 있어 작업성이나 공간 활용면에서 유리하다.
액화 수소와 같은 극저온 액체 연료는 연료 공급 배관(80)을 통해 서포트 파이프(20)의 내부로 유입된다. 서포트 파이프(20)의 하부에는 내부 탱크(10)의 각 챔버(C)의 하부 쪽으로 형성된 하부 홀(21)이 각 챔버(C)마다 하나씩 형성되어 하부 챔버(CB)로 극저온 액체 연료가 유입되도록 한다. 또한, 서포트 파이프(20)의 상부에는 서포트 파이프(20)와 연통하여 각 챔버(C)의 상부 쪽으로 형성된 제1 공급관(22)과 제2 공급관(23)이 각 챔버(C)마다 형성된다.
제1 공급관(22)과 제2 공급관(23)의 높이는 서로 다르게 형성된다. 예를 들어, 제1 공급관(22)의 높이는 상부 챔버(CT)의 높이의 1/2로 하고, 제2 공급관(23)의 높이는 상부 챔버(CT)의 4/5로 형성한 상태에서 극저온 액체 연료가 서포트 파이프(20)로 공급되면, 하부 홀(21)을 통해 각 챔버의 하부 챔버(CB)에 연료가 주입된다. 하부 챔버(CB)이 액체 연료로 차게 되면 제1 공급관(22)을 통해 연료가 상부 챔버(CT)로 차오르게 되고, 연료 레벨이 제1 공급관(22)의 높이가 되면, 제2 공급관(23)으로 연료가 상부 챔버(CT)에 채워진다.
따라서, 공급되는 극저온 액체 연료의 유속 변화를 측정하면 각 챔버(C)에 채워진 액체 연료의 양을 알 수 있다. 각 챔버의 부피의 50 퍼센트가 채워질 때까지는 하부 홀(21)을 통해 연료가 일정한 유속으로 주입되다가 50 퍼센트가 넘으면 유속 변화가 발생하고 제1 공급관(22)의 높이인 75 퍼센트가 주입될 때까지 유속이 일정하다. 채워진 부피가 각 챔버 부피의 75 퍼센트가 넘게 되면 다시 유속 변화가 발생하고 정상상태의 유속이 부피 90 퍼센트까지 유지된다. 90 퍼센트 정도 주입되어 유속 변화가 일어나면 연료 공급을 중단한다. 이와 같이, 본 발명은 서포트 파이프(20)의 구조를 통해 별도의 레벨 센서를 내부 탱크에 설치하지 않더라도 연료 레벨을 체크할 수 있다.
각 챔버(C)의 상부에는 액체 연료에서 기화된 기체 성분이 존재하게 되는데, 이를 회수하기 위해 가스 회수관(24)을 서포트 파이프(20)의 내부에 서포트 파이프(20)와 평행하게 설치하고, 가스 회수관(24)으로부터 각 챔버(C)의 상부 챔버(CT) 쪽으로 가스 회수 지관(24A)을 가스 회수관(24)과 연통하도록 설치한다. 이때, 서포트 파이프(20)의 상부에는 가스 회수관(24)이 관통하는 홀을 형성하여야 한다. 가스 회수 지관(24A)의 높이는 상부 챔버(CT) 높이의 90 % 정도 되는 것이 바람직하다. 가스 회수 지관(24A)으로부터 회수된 기체 연료는 극저온 액체 연료 탱크(1)외부로 회수된다. 이를 위해 가스 회수관(24)은 극저온 액체 연료 탱크(1)의 전방의 연료 공급 배관(80) 쪽으로 또는 후방 쪽으로 돌출될 수 있으며, 가스 회수관(24)이 전방 또는 후방으로 돌출되기 위해 전방 고정 부재(61) 및 제1 엔드 커버(72), 또는 후방 고정 부재(62) 및 제2 엔드 커버(73)에 관통 홀(도시되지 않음)을 형성할 수 있다. 이 경우 가스 회수관(24)의 전단 또는 후단은 별도의 가스 회수 장치(도시되지 않음)에 연결된다.
도 4는 본 발명에 따른 극저온 액체 연료 탱크(1)의 내부 탱크(10)를 나타낸 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 극저온 액체 연료 탱크(1)의 내부 탱크(10)의 제1 모듈 부재(11)와 제2 모듈 부재(12)를 나타낸 사시도이며, 도 6은 제1 모듈 부재(11)와 제2 모듈 부재(12)를 나타낸 측면도이고, 도 7은 본 발명의 내부 탱크(10)를 나타낸 단면도이며, 도 8은 내부 탱크(10)의 일부를 분해하여 나타낸 사시도이다.
도 4 내지 도 8을 함께 참조하면, 본 발명에 따른 극저온 액체 연료 탱크(1)의 내부 탱크(10)는 제1 모듈 부재(11)와 제2 모듈 부재(12)가 교대로 반복하여 연결되는 구조를 갖는다. 제일 전방의 제1 모듈 부재(11)의 전방 쪽에는 제3 모듈 부재(13)가 연결되며, 제일 후방의 제2 모듈 부재(12)의 후방 쪽에는 제4 모듈 부재(14)가 연결된다. 제1 내지 제4 모듈 부재(11, 12, 13, 14)는 서포트 파이프(20)에 결합된다.
본 발명에서 제1 내지 제4 모듈 부재(11, 12, 13, 14) 및 서포트 파이프(20)는 극저온의 액체 연료를 저장하기에 적합하도록 금속 재질이 바람직하며, 구체적으로 스테인레스강, 인바강, 니켈강, 고망간강 또는 알루미늄 등의 금속 재질로 형성될 수 있으며, 강도가 높은 소재일수록 금형기술을 이용하여 얇은 판으로 모듈 부재를 제작할 수 있다. 특히, 제1 내지 제4 모듈 부재(11, 12, 13, 14)는 연속적인 프레스 공정에 의하여 성형되는 것이 바람직하다.
제1 모듈 부재(11)는 원형의 평면 형상을 갖는 제1 평면부(111)와 제1 평면부(111)의 둘레로부터 전방 쪽으로 직경이 증가하는 형상의 제1 곡면부(112)로 이루어진다. 제1 곡면부(112)에서 직경이 가장 큰 부분이면서 제일 전방 쪽 부분의 둘레는 제1 둘레부(112A)이다. 제1 모듈 부재(11)의 제1 평면부(111) 중앙에는 제1 중앙홀(111A)이 형성되어 있다. 제1 중앙홀(111A)은 서포트 파이프(20)가 삽입될 수 있는 정도의 크기를 갖는다. 내측 돌출부(111B)는 제1 중앙홀(111A)의 둘레를 따라 전방 쪽으로 돌출된 형상을 갖는다.
제2 모듈 부재(12)는 원형의 평면 형상을 갖는 제2 평면부(121)와 제2 평면부(121)의 둘레로부터 후방 쪽으로 직경이 증가하는 형상의 제2 곡면부(122)로 이루어진다. 제2 곡면부(122)에서 직경이 가장 큰 부분이면서 제일 후방 쪽 부분의 둘레는 제2 둘레부(122A)이다. 제2 모듈 부재(12)의 제2 평면부(121) 중앙에는 제2 중앙홀(121A)이 형성되어 있다. 제2 중앙홀(121A)은 서포트 파이프(20)가 삽입되어 결합될 수 있는 크기를 가진다. 외측 돌출부(121B)는 제2 중앙홀(121A)의 둘레를 따라 전방 쪽으로 돌출된 형상을 가지며, 외측 돌출부(121B)의 외경은 내측 돌출부(111B)의 내경과 거의 같은 크기를 갖는다. 따라서, 내측 돌출부(111B)의 내주면에 외측 돌출부(121B)의 외주면이 압입되어 전방에 위치하는 제1 모듈 부재(11)와 그 후방에 위치하는 제2 모듈 부재(12)가 결합되도록 한다. 이러한 결합 상태에서 제1 모듈 부재(11)의 제1 평면부(111)와 제2 모듈 부재(12)의 제2 평면부(121)는 서로 면접하고 있다.
하나의 제2 모듈 부재(12)와 그 후방에 위치하는 제1 모듈 부재(11)는 서로 접하면서 그 내부에 액화 수소와 같은 압축 액화 연료가 저장되는 챔버(C)을 이루게 된다. 제1 모듈 부재(11)의 제1 둘레부(112A)는 제2 모듈 부재(12)의 제2 둘레부(122A)와 용접 등에 의하여 서로 접합된다. 각각의 챔버(C)의 상부와 하부, 그리고 전방과 후방의 일부는 곡면 형태를 이루고 있기 때문에 극저온 액체 연료가 챔버 내부에 저장된 상태로 응축 또는 팽창하는 경우 내부 탱크에 응력이 집중되는 것을 효과적으로 분산시킬 수 있다.
제일 전방에 위치하는 제3 모듈 부재(13)는 제3 곡면부(131)를 갖는 점에서 제2 모듈 부재(12)와 유사한 형상을 가지나 제3 곡면부(131)와 연결되는 중앙 부분의 형상이 오목한 전방 리세스(132)를 갖는 점에서 제2 평면부(121)를 갖는 제2 모듈 부재(12)와 상이하다. 제3 모듈 부재(13)는 전방에서 후방 쪽으로 오목한 형상을 갖는 전방 리세스(132)와, 전방 리세스(132)의 둘레로부터 후방으로 갈수록 직경이 증가하는 형상의 제3 곡면부(131)를 갖는다. 전방 리세스(132)의 중앙 부분에는 제3 중앙홀(132A)이 형성된다. 제3 중앙홀(132A)의 크기는 서포트 파이프(20)의 외경 크기와 같다.
제3 모듈 부재(13)는 서포트 파이프(20)의 전방 끝부분에 결합되는데, 제3 모듈 부재(13)의 제3 중앙홀(132A)의 둘레는 서포트 파이프(20) 외경면에 용접 등에 의해 고정된다. 제3 곡면부(131)의 제일 후방 측 외주 부분은 제3 둘레부(131A)이며, 제3 둘레부(131A)는 그 후방의 제1 모듈 부재(11)의 제1 둘레부(112A)와 용접 등에 의해 연결된다. 따라서, 제3 모듈 부재(13)와 그 후방의 제1 모듈 부재(11)가 연결된 상태에서 그 내부에 하나의 챔버가 형성된다. 제1 모듈 부재(11) 후방에서 제2 모듈 부재(12)와 제1 모듈 부재(11)가 반복적으로 서로 연결되어 복수의 챔버를 형성한다.
제일 후방 쪽의 제2 모듈 부재(12)의 후방에는 제4 모듈 부재(14)가 연결된다. 제4 모듈 부재(14)는 제4 곡면부(141)와 후방 리세스(142)로 이루어진다. 제4 모듈 부재(14)는 제4 곡면부(141)를 갖는 점에서 제1 모듈 부재(11)와 유사한 형상을 가지나 제4 곡면부(141)와 연결되는 중앙 부분의 형상이 오목한 후방 리세스(142)를 갖는 점에서 제1 평면부(111)를 갖는 제1 모듈 부재(11)와 상이하다. 제4 모듈 부재(14)는 후방에서 전방 쪽으로 오목한 형상을 갖는 후방 리세스(142)와, 후방 리세스(142)의 둘레로부터 전방으로 갈수록 직경이 증가하는 형상의 제4 곡면부(141)를 갖는다. 후방 리세스(142)의 중앙 부분에는 제4 중앙홀(142A)이 형성된다. 제4 중앙홀(142A)의 크기는 서포트 파이프(20)의 외경 크기와 같다.
제4 곡면부(141)의 제일 전방 측 외주 부분은 제4 둘레부(141A)이며, 제4 둘레부(141A)는 그 후방의 제2 모듈 부재(12)의 제2 둘레부(122A)와 용접 등에 의해 연결된다. 따라서, 제4 모듈 부재(14)와 그 전방의 제2 모듈 부재(12)가 연결된 상태에서 그 내부에 하나의 챔버가 형성된다. 제4 모듈 부재(14)는 서포트 파이프(20)의 후방 끝부분에 결합되는데, 제4 모듈 부재(14)의 제4 중앙홀(142A)의 둘레는 서포트 파이프(20) 외경면에 용접 등에 의해 고정된다.
극저온 액체 연료를 저장하는 챔버의 개수는 도면에서 9 개인 것을 도시하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 연료 탱크의 용량 등에 따라 적절한 개수로 채택할 수 있다.
제3 모듈 부재(13)의 전방 리세스(132)에는 제1 필러(31)가 충진되고, 제4 모듈 부재(14)의 후방 리세스(142)에는 제2 필러(32)가 충진된다. 제1 필러(31) 및 제2 필러(32)는 테플론이나 단열 및 완충 성능을 갖는 폴리우레탄 폼(polyurethane foam) 또는 이들과 유사한 성질을 갖는 재질을 사용하여 전방 리세스(132) 및 후방 리세스(142) 부분이 응력 변화에 따른 변형이 일어날 때 완충 작용을 하고 내부 탱크 말단 부분에서 내부와 외부를 단열하는 역할을 한다.
전방 리세스(132)의 전방에는 링 형상으로 제작된 제1 엔드 서포트(41)가 결합되고, 후방 리세스(142)의 후방에는 링 형상으로 제작된 제2 엔드 서포트(42)가 결합된다. 제1 엔드 서포트(41) 및 제2 엔드 서포트(42)는 각각 중앙에 홀을 가지는데, 이 홀에 서포트 파이프(20)가 삽입되며 홀 주위를 용접 등에 의해 서포트 파이프(20)에 고정시킬 수 있다.
서포트 파이프(20)는 전후방 길이 방향으로 연장되어 형성되며, 내부가 비어있는 중공 형태의 파이프이다. 서포트 파이프(20)의 일단에 연결된 연료 공급 배관(80)을 통해 극저온 액체 연료가 주입되면, 서포트 파이프(20)에 형성된 하부 홀(21) 등을 따라 각 챔버(C)에 극저온 액체 연료가 주입되어 저장되도록 한다.
이상에서 기술한 발명의 설명은 본 발명의 이해를 위하여 예를 들어 설명한 것에 불과할 뿐, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것이 아님을 유의하여야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의하여 정하여지며, 이 범위 내에서 본 발명의 단순한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
1 : 극저온 액체 연료 탱크 10 : 내부 탱크
11 : 제1 모듈 부재 12 : 제2 모듈 부재
13 : 제3 모듈 부재 14 : 제4 모듈 부재
20 : 서포트 파이프 21 : 하부 홀
22 : 제1 공급관 23 : 제2 공급관
24 : 가스 회수용 관 24A: 가스 회수용 지관
31 : 제1 필러 32 : 제2 필러
41 : 제1 엔드 서포트 42 : 제2 엔드 서포트
51 : 복합 단열층 본체 52 : 복합 단열층 전방 커버
53 : 복합 단열층 후방 커버 61 : 전방 고정 부재
61A : 전방 고정홈 61B : 전방 중앙홀
62 : 후방 고정 부재 62A : 후방 고정홈
70 : 진공 재킷 71 : 진공 재킷 본체
72 : 제1 엔드 커버 72A : 제1 엔드 커버 본체
72B : 제1 엔드 커버 둘레부 72C : 제1 엔드 커버 중앙홀
73 : 제2 엔드 커버 73A : 제2 엔드 커버 본체
73B : 제2 엔드 커버 둘레부 80 : 연료 공급 배관
111 : 제1 평면부 111A : 제1 중앙홀
111B : 내측 돌출부 112 : 제1 곡면부
112A : 제1 둘레부 121 : 제2 평면부
121A : 제2 중앙홀 121B : 외측 돌출부
122 : 제2 곡면부 122A : 제2 둘레부
131 : 제3 곡면부 131A : 제3 둘레부
132 : 전방 리세스 132A : 제3 중앙홀
141 : 제4 곡면부 142 : 후방 리세스
141A : 제4 둘레부 142A : 제4 중앙홀

Claims (8)

  1. 상부 및 하부와, 전방 및 후방의 일부가 곡면 형상을 갖는 복수 개의 챔버가 연속적으로 연결된 내부 탱크(10);
    상기 내부 탱크(10)를 관통하여 설치되는 서포트 파이프(20);
    상기 내부 탱크(10)를 둘러싸며 설치되고, 전방에 복합 단열층 전방 커버(52)와 후방에 복합 단열층 후방 커버(53)를 갖는 복합 단열층 본체(51);
    상기 복합 단열층 전방 커버(52)의 전방에 설치되고, 상기 서포트 파이프(20)의 전방 끝 부분이 고정되는 전방 고정 부재(61);
    상기 복합 단열층 후방 커버(53)의 후방에 설치되고, 상기 서포트 파이프(20)의 후방 끝 부분이 고정되는 후방 고정 부재(62); 및
    상기 복합 단열층 본체(51)를 둘러싸며, 전방에 제1 엔드 커버(72)와 후방에 제2 엔드 커버(73)를 갖는 진공 재킷 본체(71);
    로 이루어지는 것을 특징으로 하는 극저온 액체 연료 저장 탱크.
  2. 제1항에 있어서, 상기 서포트 파이프(20)의 하부에는 상기 챔버로 각각 연통하는 복수 개의 하부 홀(21)이 형성되는 것을 특징으로 하는 극저온 액체 연료 저장 탱크.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 서포트 파이프(20)의 상부에는 상기 챔버로 각각 연통하는 복수 개의 제1 공급관(22)이 형성되는 것을 특징으로 하는 극저온 액체 연료 저장 탱크.
  4. 제3항에 있어서, 상기 서포트 파이프(20)의 상부에는 상기 챔버로 각각 연통하는 복수 개의 제2 공급관(23)이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 극저온 액체 연료 저장 탱크.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2 공급관(23)의 높이는 상기 제1 공급관(22)의 높이보다 큰 것을 특징으로 하는 극저온 액체 연료 저장 탱크.
  6. 제1항에 있어서, 상기 서포트 파이프(20)의 내부에는 가스 회수관(24)이 상기 서포트 파이프(20)와 평행하게 설치되고, 상기 가스 회수관(24)으로부터 상기 챔버(C)의 상부 쪽으로 가스 회수 지관(24A)이 설치되는 것을 특징으로 하는 극저온 액체 연료 저장 탱크.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 엔드 커버(72)는 원판 형상의 제1 엔드 커버 본체(72A)와, 상기 제1 엔드 커버 본체(72A)의 둘레를 따라 곡면 형상을 갖는 제1 엔드 커버 둘레부(72B)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 극저온 액체 연료 저장 탱크.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제2 엔드 커버(73)는 원판 형상의 제2 엔드 커버 본체(73A)와, 상기 제2 엔드 커버 본체(73A)의 둘레를 따라 곡면 형상을 갖는 제2 엔드 커버 둘레부(73B)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 극저온 액체 연료 저장 탱크.
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