KR102610804B1 - Cryogenic fluid storage tank with improved discharge efficiency - Google Patents

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Abstract

배출 효율이 향상된 극저온 유체 저장탱크가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 배출 효율이 향상된 극저온 유체 저장탱크는, 극저온 유체가 저장되는 저장탱크, 상기 저장탱크 내부에 소정 간격으로 형성되어 상기 저장탱크 내부를 복수 개의 영역들로 구분하는 적어도 하나의 격벽, 일 단이 상기 복수 개의 영역들 중 제1영역 및 상기 제1영역과 이웃하는 제2영역을 구분하는 격벽의 하부에 연통되고, 타 단이 상기 제2영역의 상부에 위치하도록 형성되어, 상기 복수 개의 영역들 중 상기 제1영역의 수위가 상기 일 단 이하로 내려가는 경우, 상기 제1영역 내의 기체가 상기 제2영역으로 이송될 수 있도록 형성되는 적어도 하나의 이송관, 및 상기 저장탱크의 하부에 형성되어 저장된 극저온 유체가 배출될 수 있도록 형성되는 배출부를 포함하며, 상기 적어도 하나의 격벽은, 하단이 상기 저장탱크의 내벽으로부터 소정 간격만큼 이격되어 상기 복수 개의 영역들이 연통되고, 상기 극저온 유체가 상기 배출부를 통해 배출되는 경우, 상기 복수 개의 영역들 중 상기 저장탱크의 일 측단에 위치하는 시작 영역부터 순차적으로 극저온 유체가 소진될 수 있는 것을 특징으로한다.A cryogenic fluid storage tank with improved discharge efficiency is disclosed. A cryogenic fluid storage tank with improved discharge efficiency according to an embodiment of the present invention includes a storage tank in which cryogenic fluid is stored, and at least one spacer formed at predetermined intervals inside the storage tank to divide the inside of the storage tank into a plurality of areas. A partition wall, one end of which communicates with the lower part of the partition dividing a first region of the plurality of regions and a second region adjacent to the first region, and the other end is formed to be located at an upper part of the second region, At least one transfer pipe formed to allow gas in the first area to be transferred to the second area when the water level in the first area among the plurality of areas falls below the one level, and the storage tank It includes a discharge portion formed at the bottom so that the stored cryogenic fluid can be discharged, wherein the at least one partition has a lower end spaced apart from the inner wall of the storage tank by a predetermined distance so that the plurality of regions communicate with each other, and the cryogenic fluid is stored in the storage tank. When discharged through the discharge unit, the cryogenic fluid may be exhausted sequentially from the starting area located at one side of the storage tank among the plurality of areas.

Description

배출 효율이 향상된 극저온 유체 저장탱크{Cryogenic fluid storage tank with improved discharge efficiency}Cryogenic fluid storage tank with improved discharge efficiency}

본 발명은 배출 효율이 향상된 극저온 유체 저장탱크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 극저온 유체를 저장하고 있는 저장탱크에서, 극저온 유체의 배출 과정에서 저장된 극저온 유체의 배출을 위한 펌프의 흡입단과, 극저온 유체의 배출로 인해 변화하는 저장탱크 내에 저장된 극저온 유체의 표면이 가까워지게 되는 거리를 가능한 길게 함으로써, 저장된 극저온 유체의 소진까지 캐비테이션 발생을 억제하고 원할한 펌핑이 가능하도록 하는 기술적 사상에 관한 것이다.The present invention relates to a cryogenic fluid storage tank with improved discharge efficiency, and more specifically, in a storage tank storing cryogenic fluid, a suction end of a pump for discharging the stored cryogenic fluid during the discharge process of the cryogenic fluid, and a cryogenic fluid storage tank storing the cryogenic fluid. It is about a technical idea that suppresses the occurrence of cavitation and enables smooth pumping until the stored cryogenic fluid is exhausted by making the distance at which the surface of the cryogenic fluid stored in the storage tank, which changes due to discharge, become closer as possible.

화석 연료 사용에 따른 에너지 문제들에 대한 심각성이 대두되면서, 대체 연료에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.As the seriousness of energy problems caused by the use of fossil fuels is increasing, research on alternative fuels is actively underway.

그 중 수소를 연료로 하는 기술적 사상이 친환경적이면서 높은 효율을 가져 대체 연료로 각광받고 있으며, 휘발유나 경유 등이 아닌 수소를 연료로 하는 수소 차량은 물론, 드론 등의 소형 장치에도 그 활용범위가 넓어지고 있다.Among them, the technological idea of using hydrogen as a fuel is attracting attention as an alternative fuel because it is environmentally friendly and highly efficient. Its application range is wide, not only in hydrogen vehicles that use hydrogen as fuel rather than gasoline or diesel, but also in small devices such as drones. I'm losing.

이러한 수소는 액화된 상태에서 보급되고 저장되고 있는데, 액화된 상태의 수소는 극저온 상태로 저장되어 액화수소와 같은 극저온 유체가 저장탱크에 저장되고, 이를 소정의 공급대상(예컨대, 연료전지 또는 수소 자동차 등)으로 적절히 공급할 필요가 있다.This hydrogen is supplied and stored in a liquefied state. The liquefied hydrogen is stored in a cryogenic state, and a cryogenic fluid such as liquefied hydrogen is stored in a storage tank, and is supplied to a predetermined supply target (e.g., fuel cell or hydrogen vehicle). etc.) needs to be properly supplied.

이처럼 저장탱크에 저장된 극저온 유체를 공급대상으로 공급하기 위해, 저장탱크 내에 저장된 극저온 유체를 배출시킬 필요가 있다. In order to supply the cryogenic fluid stored in the storage tank to the supply target, it is necessary to discharge the cryogenic fluid stored in the storage tank.

이때, 저장탱크의 배출부에는 저장된 극저온 유체를 흡입하기 위한 펌프가 구비되어 극저온 유체의 배출을 유도하게 되는데, 원활한 펌핑을 위해서는 펌프의 흡입단에 극저온 유체의 포화증기압 이상의 압력이 유지될 필요가 있다. 필요한 압력 즉, 극저온 유체의 포화증기압 이상의 압력이 유지되지 않는 경우에는 흡입수두(NPSH)가 확보되지 않고 캐비테이션(cavitation, 공동현상)이 발생하여 펌핑이 이루어지지 않을 수 있다.At this time, the discharge part of the storage tank is equipped with a pump to suck in the stored cryogenic fluid to induce discharge of the cryogenic fluid. For smooth pumping, it is necessary to maintain a pressure higher than the saturated vapor pressure of the cryogenic fluid at the suction end of the pump. . If the required pressure, that is, a pressure higher than the saturated vapor pressure of the cryogenic fluid, is not maintained, the suction head (NPSH) may not be secured, cavitation may occur, and pumping may not be performed.

상기 흡입수두가 높을수록 저장된 극저온 유체에 대한 과냉 조건이 얻어질 수 있는데, 종래에는 전술한 바와 같이 흡입수두가 확보되지 않게 되면 펌프 흡입단에 과냉의 액체가 유입되지 않아 액체 펌핑이 되지 않으며, 기화된 기체가 유입되면서 캐비테이션으로 인한 펌프의 공회전이 발생하는 문제가 있다.The higher the suction head, the more subcooling conditions can be obtained for the stored cryogenic fluid. Conventionally, as described above, if the suction head is not secured, the subcooled liquid does not flow into the suction end of the pump, so the liquid is not pumped, and vaporization There is a problem in that the pump idles due to cavitation as the gas flows in.

종래의 극저온 유체 저장탱크에서, 흡입수두를 확보하기 위해 소정의 방식으로 저장탱크 내부 압력을 높이게 되면, 저장탱크 내 극저온 유체에 순간 과냉이 발생하지만, 극저온 유체의 표면 부근 즉, 기체-액체의 경계면 부근에서는 포화상태를 유지하기 위하여 지속적인 응축이 발생하게 된다. 결국 이러한 응축으로 인한 응축열이 극저온 유체로 침투되어 극저온 유체의 온도를 높이고 극저온 유체가 기화되면서 캐비테이션이 발생할 여지가 높아지게 되는 문제가 있다. In a conventional cryogenic fluid storage tank, when the internal pressure of the storage tank is increased in a predetermined manner to secure the suction head, instantaneous supercooling occurs in the cryogenic fluid within the storage tank, but near the surface of the cryogenic fluid, that is, at the gas-liquid interface. In the vicinity, continuous condensation occurs to maintain saturation. Ultimately, there is a problem in that the heat of condensation due to this condensation penetrates into the cryogenic fluid, raising the temperature of the cryogenic fluid, and the possibility of cavitation occurring increases as the cryogenic fluid vaporizes.

결국 저장탱크 내에 저장된 극저온 유체의 수위가 어느 정도 낮아지게 되면, 전술한 바와 같이 극저온 유체의 표면이 펌프의 흡입단과 가까워지면서 극저온 유체가 원활하게 배출되지 못할 수 있는 문제가 있다.Ultimately, when the level of the cryogenic fluid stored in the storage tank drops to a certain extent, there is a problem that the surface of the cryogenic fluid becomes closer to the suction end of the pump, as described above, and the cryogenic fluid may not be discharged smoothly.

따라서, 극저온 유체의 배출 과정에서 저장된 극저온 유체의 배출을 위한 펌프의 흡입단과, 극저온 유체의 배출로 인해 변화하는 저장탱크 내에 저장된 극저온 유체의 표면이 가까워지게 되는 거리를 가능한 길게 함으로써, 저장된 극저온 유체의 소진까지 캐비테이션 발생을 억제하고 원할한 펌핑이 가능하도록 하는 기술적 사상이 요구된다.Therefore, in the process of discharging the cryogenic fluid, the distance between the suction end of the pump for discharging the stored cryogenic fluid and the surface of the cryogenic fluid stored in the storage tank, which changes due to the discharge of the cryogenic fluid, is approached as long as possible, thereby increasing the amount of stored cryogenic fluid. A technical idea is required to suppress the occurrence of cavitation until exhaustion and enable smooth pumping.

특허문헌 1. 한국공개특허(공개번호 10-2017-0057393, "보일 오프 가스의 재액화 설비")Patent Document 1. Korean Patent Publication (Publication No. 10-2017-0057393, “Reliquefaction Equipment for Boil-Off Gas”)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 극저온 유체가 저장되는 저장탱크 내의 구조를 통해 저장된 극저온 유체의 배출을 위한 펌프의 흡입단과, 극저온 유체의 배출로 인해 변화하는 저장탱크 내에 저장된 극저온 유체의 표면이 가까워지게 되는 거리를 가능한 길게 할 수 있도록 하는 기술적 사상을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to make the suction end of the pump for discharging the stored cryogenic fluid closer to the surface of the cryogenic fluid stored in the storage tank, which changes due to the discharge of the cryogenic fluid, through the structure in the storage tank where the cryogenic fluid is stored. The goal is to provide technical ideas to make the distance possible as long as possible.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 배출 효율이 향상된 극저온 유체 저장탱크는, 극저온 유체가 저장되는 저장탱크, 상기 저장탱크 내부에 소정 간격으로 형성되어 상기 저장탱크 내부를 복수 개의 영역들로 구분하는 적어도 하나의 격벽, 일 단이 상기 복수 개의 영역들 중 제1영역 및 상기 제1영역과 이웃하는 제2영역을 구분하는 격벽의 하부에 연통되고, 타 단이 상기 제2영역의 상부에 위치하도록 형성되어, 상기 복수 개의 영역들 중 상기 제1영역의 수위가 상기 일 단 이하로 내려가는 경우, 상기 제1영역 내의 기체가 상기 제2영역으로 이송될 수 있도록 형성되는 적어도 하나의 이송관, 및 상기 저장탱크의 하부에 형성되어 저장된 극저온 유체가 배출될 수 있도록 형성되는 배출부를 포함하며, 상기 적어도 하나의 격벽은, 하단이 상기 저장탱크의 내벽으로부터 소정 간격만큼 이격되어 상기 복수 개의 영역들이 연통되고, 상기 극저온 유체가 상기 배출부를 통해 배출되는 경우, 상기 복수 개의 영역들 중 상기 저장탱크의 일 측단에 위치하는 시작 영역부터 순차적으로 극저온 유체가 소진될 수 있는 것을 특징으로 할 수 있다.The cryogenic fluid storage tank with improved discharge efficiency according to an embodiment of the present invention for solving the above technical problem includes a storage tank in which cryogenic fluid is stored, and a plurality of areas formed inside the storage tank at predetermined intervals to define the interior of the storage tank. at least one partition dividing the plurality of regions, one end of which communicates with the lower part of the partition dividing a first region of the plurality of regions and a second region adjacent to the first region, and the other end of the second region At least one transfer device formed to be located at the top so that when the water level in the first region among the plurality of regions falls below the one level, the gas in the first region can be transported to the second region. It includes a pipe, and a discharge part formed at the lower part of the storage tank to allow the stored cryogenic fluid to be discharged, wherein the at least one partition has a lower end spaced apart from the inner wall of the storage tank by a predetermined distance to form the plurality of regions. When they are in communication and the cryogenic fluid is discharged through the discharge unit, the cryogenic fluid may be exhausted sequentially from the starting region located at one side of the storage tank among the plurality of regions.

또한, 상기 배출부는, 상기 저장탱크의 타 측단에 위치하는 영역의 하부에 위치하도록 형성되며, 상기 복수 개의 영역들 중 상기 배출부로부터 가장 먼 위치의 영역부터 극저온 유체의 소진이 진행되는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the discharge part is formed to be located below the area located at the other end of the storage tank, and the cryogenic fluid is exhausted from the area furthest from the discharge part among the plurality of areas. can do.

또한, 상기 배출 효율이 향상된 극저온 유체 저장탱크는, 일 단이 상기 저장탱크의 하부와 연결되며, 타 단이 상기 시작 영역의 상부와 연결되는 이송라인, 및 상기 이송라인의 소정 위치에 구비되는 기화기를 더 포함하며, 상기 이송라인을 통해 이송되는 극저온 유체가 상기 기화기를 통해 기화되어 상기 시작 영역에 투입되어, 상기 저장탱크 내부 압력을 승압시킬 수 있는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the cryogenic fluid storage tank with improved discharge efficiency includes a transfer line whose one end is connected to the lower part of the storage tank and the other end connected to the upper part of the starting area, and a vaporizer provided at a predetermined position of the transfer line. It may further include that the cryogenic fluid transferred through the transfer line is vaporized through the vaporizer and injected into the starting area, thereby increasing the pressure inside the storage tank.

본 발명의 일 실시 예에 따르면 극저온 유체가 저장되는 저장탱크 내의 구조를 통해 저장된 극저온 유체의 배출을 위한 펌프의 흡입단과, 극저온 유체의 배출로 인해 변화하는 저장탱크 내에 저장된 극저온 유체의 표면이 가까워지게 되는 거리를 가능한 길게 함으로써, 저장된 극저온 유체의 소진까지 캐비테이션 발생을 억제하고 원할한 펌핑이 가능한 효과가 있다.According to one embodiment of the present invention, the structure in the storage tank where the cryogenic fluid is stored allows the suction end of the pump for discharging the stored cryogenic fluid to become closer to the surface of the cryogenic fluid stored in the storage tank, which changes due to the discharge of the cryogenic fluid. By making the distance as long as possible, there is an effect of suppressing the occurrence of cavitation and enabling smooth pumping until the stored cryogenic fluid is exhausted.

본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배출 효율이 향상된 극저온 유체 저장탱크의 개략적인 구성을 나타낸다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배출 효율이 향상된 극저온 유체 저장탱크의 초기 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 배출 효율이 향상된 극저온 유체 저장탱크의 극저온 유체 배출 진행 과정을 설명하기 위한 도면이다.
In order to more fully understand the drawings cited in the detailed description of the present invention, a brief description of each drawing is provided.
Figure 1 shows a schematic configuration of a cryogenic fluid storage tank with improved discharge efficiency according to an embodiment of the present invention.
Figures 2 and 3 are diagrams for explaining the initial state of a cryogenic fluid storage tank with improved discharge efficiency according to an embodiment of the present invention.
Figures 4 and 5 are diagrams for explaining the process of discharging cryogenic fluid from a cryogenic fluid storage tank with improved discharge efficiency according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Since the present invention can be modified in various ways and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technologies may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

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.Terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

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. The terms used in this application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

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.In this specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are intended to indicate the presence of one or more other It should be understood that this does not exclude in advance the presence or addition of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 중심으로 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, the present invention will be described in detail focusing on embodiments of the present invention with reference to the attached drawings. The same reference numerals in each drawing indicate the same member.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배출 효율이 향상된 극저온 유체 저장탱크의 개략적인 구성을 나타낸다.Figure 1 shows a schematic configuration of a cryogenic fluid storage tank with improved discharge efficiency according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배출 효율이 향상된 극저온 유체 저장탱크(1)는 극저온 유체가 저장되는 저장탱크(100), 상기 저장탱크(100) 내부에 형성되어 상기 저장탱크(100) 내부를 복수 개의 영역들(예컨대, Z1 ~ Z4)로 구분하는 적어도 하나의 격벽(예컨대, 110 ~ 112), 일 단이 상기 복수 개의 영역들(예컨대, Z1 ~ Z4) 중 제1영역(예컨대, Z1) 및 상기 제1영역(예컨대, Z1)과 이웃하는 제2영역(예컨대, Z2)을 구분하는 격벽(예컨대, 110)의 하부에 연통되고, 타 단이 상기 제2영역(예컨대, Z2)의 상부에 위치하도록 형성되어, 상기 복수 개의 영역들(예컨대, Z1 ~ Z4) 중 상기 제1영역(예컨대, Z1)의 수위가 상기 일 단 이하로 내려가는 경우, 상기 제1영역(예컨대, Z1) 내의 기체가 상기 제2영역(예컨대, Z2)으로 이송될 수 있도록 형성되는 적어도 하나의 이송관(예컨대, 120 ~ 122)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 배출 효율이 향상된 극저온 유체 저장탱크(1)는 상기 저장탱크(100)의 하부에 형성되어 저장된 극저온 유체가 배출될 수 있는 배출부(130)를 더 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 상기 배출부(130)는 펌프를 포함하여, 상기 저장탱크(100) 내에 저장되어 있는 극저온 유체를 흡입, 상기 극저온 유체를 상기 저장탱크(100)의 외부(예컨대, 극저온 유체 이송 파이프 등)로 배출시키도록 이루어질 수 있다. 물론, 구현 예에 따라 상기 배출부(130)는 펌프를 포함하지 않고, 단순히 중력을 이용하여 극저온 유체의 배출을 유도하는 배출구의 형태로 구현될 수도 있다. 이하에서는 상기 배출부(130)가 전술한 바와 같이 펌프를 포함하여 상기 저장탱크(100) 내부에 저장된 극저온 유체를 흡입하는 형태로 구현되는 경우를 예로 들어 설명하지만, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.Referring to FIG. 1, a cryogenic fluid storage tank 1 with improved discharge efficiency according to an embodiment of the present invention includes a storage tank 100 in which cryogenic fluid is stored, and is formed inside the storage tank 100 to store the storage tank ( 100) At least one partition wall (e.g., 110 to 112) dividing the interior into a plurality of areas (e.g., Z1 to Z4), one end of which is a first area (e.g., Z1 to Z4) of the plurality of areas (e.g., Z1 to Z4) For example, Z1) and the lower part of a partition wall (e.g., 110) that separates the first area (e.g., Z1) and the neighboring second area (e.g., Z2), and the other end is connected to the second area (e.g., Z2), and when the water level of the first area (e.g., Z1) among the plurality of areas (e.g., Z1 to Z4) falls below the first level, the first area (e.g., It may include at least one transfer pipe (eg, 120 to 122) formed so that the gas in Z1) can be transferred to the second area (eg, Z2). In addition, the cryogenic fluid storage tank 1 with improved discharge efficiency may further include a discharge portion 130 formed at the lower portion of the storage tank 100 through which the stored cryogenic fluid can be discharged. In one embodiment, the discharge unit 130 includes a pump, sucks the cryogenic fluid stored in the storage tank 100, and transfers the cryogenic fluid to the outside of the storage tank 100 (e.g., transferring the cryogenic fluid to the outside of the storage tank 100). It can be discharged through a pipe, etc.). Of course, depending on the implementation, the discharge unit 130 may not include a pump and may simply be implemented in the form of an discharge port that induces discharge of the cryogenic fluid using gravity. Hereinafter, a case will be described as an example in which the discharge unit 130 includes a pump as described above and is implemented in a form that suctions the cryogenic fluid stored inside the storage tank 100. However, the present invention is not necessarily limited thereto. no.

한편 상기 극저온 유체는 소정의 가스가 액화된 액화 가스일 수 있다. 이하 본 명세서에서는 상기 극저온 유체가 수소가 액화된 액화수소인 경우를 예로 들어 설명하지만, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 상기 극저온 유체는 액화질소, 액화헬륨, 액화 천연가스 등과 같이 다양한 종류의 기체가 액화된 액화가스일 수 있으며, 이러한 극저온 유체의 종류에 무관하게 후술할 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 평균적인 전문가에게는 용이하게 추론될 수 있을 것이다.Meanwhile, the cryogenic fluid may be a liquefied gas in which a predetermined gas is liquefied. Hereinafter, in this specification, the case where the cryogenic fluid is liquefied hydrogen will be described as an example, but the present invention is not necessarily limited thereto. For example, the cryogenic fluid may be a liquefied gas in which various types of gases are liquefied, such as liquefied nitrogen, liquefied helium, liquefied natural gas, etc., and the technical idea of the present invention, which will be described later, can be applied regardless of the type of the cryogenic fluid. This can be easily inferred by an average expert in the technical field to which the present invention pertains.

또한 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 상기 저장탱크(100)는 상기 극저온 유체가 저장되는 내조탱크와, 상기 내조탱크와 소정 간격만큼 이격되어 상기 내조탱크를 둘러싸도록 형성되는 외조탱크를 포함하도록 구성될 수 있다. 이러한 경우, 상기 저장탱크(100)는 상기 극저온 유체가 저장되는 내조탱크를 의미할 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, the storage tank 100 is configured to include an inner tank in which the cryogenic fluid is stored, and an outer tank spaced apart from the inner tank by a predetermined distance and formed to surround the inner tank. It can be. In this case, the storage tank 100 may refer to an internal tank in which the cryogenic fluid is stored.

구현 예에 따라서는 상기 저장탱크가 단일 탱크로 이루어지거나, 또는 상기 내조탱크 및 상기 외조탱크의 물리적인 구분이 사실상 어려운 경우가 존재할 수도 있으며, 이러한 경우에도 본 발명의 기술적 사상은 동일하게 적용될 수 있다.Depending on the implementation, there may be cases where the storage tank consists of a single tank, or it is difficult to physically distinguish between the inner tank and the outer tank. Even in this case, the technical idea of the present invention can be applied in the same way. .

도 1은 극저온 유체의 배출이 시작되기 전 최초 상태를 나타낼 수 있다. 이 때 저장탱크(100) 내부의 온도는 T1으로 기체 부분(빈 공간)과 액체 부분(극저온 유체가 있는 부분)이 균일한 온도를 가질 수 있다. 또한 현 상태에서 압력 역시 균일한 P1의 압력을 가질 수 있다.Figure 1 may represent the initial state before discharge of cryogenic fluid begins. At this time, the temperature inside the storage tank 100 is T1, so that the gas part (empty space) and the liquid part (part with the cryogenic fluid) can have uniform temperatures. Also, in the current state, the pressure can also have a uniform pressure of P1.

전술한 바와 같이, 상기 저장탱크(100)에는 복수 개의 격벽들(예컨대, 110 ~ 112)이 설치될 수 있다.As described above, a plurality of partition walls (eg, 110 to 112) may be installed in the storage tank 100.

상기 격벽들(예컨대, 110 ~ 112)은 도면에 도시된 바와 같이 하단부가 상기 저장탱크(100)의 내벽과 소정 간격만큼 이격되도록 설치될 수 있다. 즉, 상기 격벽들(예컨대, 110 ~ 112)은 하단부를 제외한 나머지 상부, 측면부는 모두 상기 저장탱크(100)의 내벽과 밀착 고정되도록 소정의 방식으로(예컨대, 용접) 설치될 수 있으며, 상기 저장탱크(100) 내부는 상기 격벽들(예컨대, 110 ~ 112)에 의해 복수 개의 영역들(예컨대, Z1 ~ Z4)로 구분되지만, 각각의 격벽들(예컨대, 110 ~ 112)의 하단부는 연통되어 있는 형태일 수 있다.The partition walls (eg, 110 to 112) may be installed so that their lower ends are spaced apart from the inner wall of the storage tank 100 by a predetermined distance, as shown in the drawing. That is, the partition walls (e.g., 110 to 112), excluding the lower portion, may be installed in a predetermined manner (e.g., welding) so that all upper and side portions are tightly fixed to the inner wall of the storage tank 100. The inside of the tank 100 is divided into a plurality of areas (e.g., Z1 to Z4) by the partitions (e.g., 110 to 112), but the lower ends of each partition (e.g., 110 to 112) are connected. It may be in the form.

이처럼 상기 저장탱크(100) 내에서 상기 격벽들(예컨대, 110 ~ 112)의 개구부가 하단부에 위치함으로써, 각 영역들(예컨대, Z1 ~ Z4)에서 극저온 유체가 소진되는 동안 상기 저장탱크(100) 내부에서 자연대류 순환의 발생을 억제할 수 있다.In this way, the openings of the partitions (e.g., 110 to 112) are located at the lower ends within the storage tank 100, so that the storage tank 100 The occurrence of natural convection circulation internally can be suppressed.

또한 각각의 격벽들(예컨대, 110 ~ 112)의 하부에는 전술한 바와 같이 기체가 이송될 수 있는 이송관(예컨대, 120 ~ 122)들이 구비되어 있을 수 있다.Additionally, transfer pipes (eg, 120 to 122) through which gas can be transferred may be provided at the lower portion of each partition (eg, 110 to 112) as described above.

이하에서는 설명의 편의를 위해 상기 복수 개의 영역들(예컨대, Z1 ~ Z4) 중 제1영역(예컨대, Z1)을 극저온 유체의 소진이 시작되는 시작 영역이라 가정하도록 한다.Hereinafter, for convenience of explanation, it will be assumed that the first area (eg, Z1) among the plurality of areas (eg, Z1 to Z4) is the start area where the cryogenic fluid begins to be exhausted.

상기 배출부(130)는 상기 저장탱크(100)의 하단부에 위치하도록 형성될 수 있는데, 일 실시 예에서 상기 배출부(130)는 상기 시작 영역(즉, 제1영역(예컨대, Z1))으로부터 가장 멀리 떨어진 영역인 제4영역(예컨대, Z4)의 하단에 위치하도록 형성될 수 있다.The discharge portion 130 may be formed to be located at the lower end of the storage tank 100. In one embodiment, the discharge portion 130 is located from the start area (i.e., the first area (e.g., Z1)). It may be formed to be located at the bottom of the fourth area (eg, Z4), which is the furthest area.

다시 말하면, 상기 저장탱크(100)의 어느 일 측단으로부터 극저온 유체의 소진이 시작된다면, 상기 배출부(130)는 상기 저장탱크(100)의 하부에서도 상기 저장탱크(100)의 타 측단에 가깝도록 위치할 수 있다.In other words, if the cryogenic fluid starts to run out from one side of the storage tank 100, the discharge part 130 is close to the other side of the storage tank 100 even at the bottom of the storage tank 100. can be located

이는 상기 복수 개의 영역들(예컨대, Z1 ~ Z4)에서 순차적으로 극저온 유체의 소진이 진행되기 때문에, 전술한 바와 같이 극저온 유체의 표면부에서 발생하는 응축열이 상기 배출부(130)에 영향을 미치기까지 시간과 거리를 확보하기 위함일 수 있다.This is because the cryogenic fluid is sequentially exhausted in the plurality of areas (e.g., Z1 to Z4), and as described above, the condensation heat generated on the surface of the cryogenic fluid does not affect the discharge unit 130. This may be to secure time and distance.

이후 상기 저장탱크(100)에서 극저온 유체의 배출과정을 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명하도록 한다.Next, the process of discharging the cryogenic fluid from the storage tank 100 will be described with reference to FIGS. 2 to 5.

도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 배출 효율이 향상된 극저온 유체 저장탱크의 극저온 유체 배출 진행 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 3 및 후술할 도 6은 극저온 유체에 대한 압력-엔탈피 간의 관계를 나타내는 그래프를 의미할 수 있다.2 to 5 are diagrams for explaining the process of discharging cryogenic fluid from a cryogenic fluid storage tank with improved discharge efficiency according to an embodiment of the present invention. Figure 3 and Figure 6, which will be described later, may refer to a graph showing the relationship between pressure and enthalpy for cryogenic fluid.

먼저 도 2 및 도 3을 참조하면, 저장탱크(100) 내에 저장된 극저온 유체의 배출을 위해, 상기 저장탱크(100) 내부의 압력을 승압시킬 필요가 있다.First, referring to FIGS. 2 and 3, in order to discharge the cryogenic fluid stored in the storage tank 100, it is necessary to increase the pressure inside the storage tank 100.

이를 위한 구성으로, 상기 배출 효율이 향상된 극저온 유체 저장탱크(1)는 상기 저장탱크(100)의 하부로부터 상기 저장탱크(100) 중 상기 시작 영역(예컨대, 제1영역(예컨대, Z1))의 상부로 연결되어 극저온 유체가 이송될 수 있는 이송라인(200)을 포함할 수 있다. 상기 이송라인(200)에는 기화기(210)가 구비될 수 있으며, 상기 이송라인(200)을 통해 이송되는 극저온 유체가 상기 기화기(210)를 지나면서 기화되어, 상기 시작 영역의 상부에 주입되면서, 상기 저장탱크(100) 내부 압력을 높일 수 있다.As a configuration for this, the cryogenic fluid storage tank 1 with improved discharge efficiency is provided from the bottom of the storage tank 100 to the starting area (e.g., first area (e.g., Z1)) of the storage tank 100. It may include a transfer line 200 connected to the top through which cryogenic fluid can be transferred. The transfer line 200 may be provided with a vaporizer 210, and the cryogenic fluid transferred through the transfer line 200 is vaporized while passing through the vaporizer 210 and injected into the upper part of the starting area, The internal pressure of the storage tank 100 can be increased.

이 때 승압 전 초기 압력을 도 3의 그래프에 도시된 P1이라 하면, 상기 이송라인(200) 및 상기 기화기(210)를 통해 승압된 압력은 P2일 수 있다. 이처럼 압력이 높아지면서 상기 저장탱크(100) 내부 극저온 유체는 초기 A상태 즉, 미량의 기체 상태와 대다수의 액체 상태가 혼합된 상태에서 B상태로 변화하며 과냉되게 된다. At this time, if the initial pressure before the pressure increase is P1 shown in the graph of FIG. 3, the pressure increased through the transfer line 200 and the vaporizer 210 may be P2. As the pressure increases, the cryogenic fluid inside the storage tank 100 changes from the initial A state, that is, a state in which a small amount of gaseous state and the majority of the liquid state are mixed, to B state and becomes supercooled.

이때, 상기 극저온 유체의 표면 즉, 기체와 액체 부분 사이 경계면 인근 소정 범위는 전술한 바와 같이 압력 상승으로 인한 응축이 발생하게 되며, 응축열로 인해 비교적 높은 온도를 가지게 된다. 도 2에 도시된 ①영역일 수 있으며, 도 3의 그래프에서 c점으로 나타낼 수 있다.At this time, as described above, condensation occurs in the surface of the cryogenic fluid, that is, in a predetermined area near the interface between the gas and liquid portions, and has a relatively high temperature due to the heat of condensation. It may be area ① shown in FIG. 2, and can be represented by point c in the graph of FIG. 3.

나머지 극저온 유체가 저장되어 있는 부분 즉, ②영역은 초기 온도에서 별다른 변화없이 T1의 온도를 유지할 수 있다. 따라서 상기 배출부(130)가 있는 위치에서, 극저온 유체는 과냉을 유지한 액체상태이므로 배출을 위한 펌핑이 원활하게 진행될 수 있다.The part where the remaining cryogenic fluid is stored, that is, area ②, can maintain the temperature of T1 without any significant change from the initial temperature. Therefore, at the location where the discharge unit 130 is located, the cryogenic fluid is in a liquid state while maintaining supercooling, so pumping for discharge can proceed smoothly.

이후 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제1영역(예컨대, Z1)의 극저온 유체가 소진되게 되면, 상기 제1영역(예컨대, Z1)의 기체가 상기 이송관(예컨대, 120 ~ 122)들 중 제1이송관(예컨대, 120)을 통해 이웃한 제2영역(예컨대, Z2)의 상부로 이송될 수 있다. 그리고 제2영역(예컨대, Z2)에서 극저온 유체의 소진이 진행될 수 있다.Thereafter, as shown in FIG. 4, when the cryogenic fluid in the first area (e.g., Z1) is exhausted, the gas in the first area (e.g., Z1) is transferred to the first of the transfer pipes (e.g., 120 to 122). 1 It can be transferred to the upper part of the adjacent second area (eg, Z2) through a transfer pipe (eg, 120). And the cryogenic fluid may be exhausted in the second region (eg, Z2).

시작 영역 즉, 제1영역(예컨대, Z1)의 극저온 유체가 소진되고 제2영역(예컨대, Z2)에서의 극저온 유체 소진이 진행되면서 상기 저장탱크(100) 내부의 빈 공간이 증가하며 저장탱크(100) 내부 압력이 하강할 수 있다. 이처럼 하강하는 압력은 전술한 이송라인(200) 및 기화기(210)를 통해 투입되는 기체로 배출을 위해 필요한 압력 P3를 유지할 수 있도록 할 수 있다.As the cryogenic fluid in the starting area, that is, the first area (e.g., Z1), is exhausted and the cryogenic fluid in the second area (e.g., Z2) progresses, the empty space inside the storage tank 100 increases, and the storage tank ( 100) Internal pressure may drop. This decreasing pressure can maintain the pressure P3 required for discharge to the gas introduced through the transfer line 200 and the vaporizer 210 described above.

이때 ①영역 즉, 극저온 유체의 표면부는 도 6의 그래프 상에서 비체적 일정 곡선을 따라 d점을 나타낼 수 있으며, 극저온 유체가 남아 있는 ②영역은 도 6의 그래프 상에서 온도 T1유지, 압력 P3으로 과냉 상태를 유지할 수 있어 배출을 위한 펌핑이 여전히 원활하게 진행될 수 있다.At this time, area ①, that is, the surface portion of the cryogenic fluid, can represent point d along the specific volume constant curve on the graph of FIG. 6, and area ② where the cryogenic fluid remains is maintained at temperature T1 and supercooled at pressure P3 on the graph of FIG. 6. can be maintained, so pumping for discharge can still proceed smoothly.

극저온 유체의 배출이 지속되어 도 5에 도시된 바와 같이 상기 제2영역(예컨대, Z2)의 극저온 유체가 소진되고, 제3영역(예컨대, Z3)에서 극저온 유체의 소진이 시작될 수 있다. 도 5에서 상기 제3영역(예컨대, Z3)에 대한 진행 과정은 도 4에서 설명한 제2영역(예컨대, Z2)과 동일할 수 있다.As the discharge of the cryogenic fluid continues, as shown in FIG. 5, the cryogenic fluid in the second region (eg, Z2) may be exhausted, and the cryogenic fluid may begin to be exhausted in the third region (eg, Z3). In FIG. 5 , the process for the third area (eg, Z3) may be the same as the second area (eg, Z2) described in FIG. 4 .

결국 본 발명의 기술적 사상에 의하면, 저장탱크(100) 내부 공간을 적어도 하나의 격벽(예컨대, 110 ~ 112)을 이용하여 복수 개의 영역들(예컨대, Z1 ~ Z4)로 구분하고, 각 영역들(예컨대, Z1 ~ Z4)에서 순차적으로 극저온 유체가 배출될 수 있도록 함으로써, 극저온 유체를 배출하는 과정에 있어 종래의 일반적인 저장탱크에 비해 극저온 유체의 표면부 즉, 응축열이 발생하는 부분이 배출부(130)에 영향을 미치기까지 거리와 시간을 길게 확보할 수 있어 캐비테이션 발생으로 인한 펌프의 공회전을 방지하여 극저온 유체의 안정적인 배출과 효율적인 사용이 가능해질 수 있는 효과를 가질 수 있다.Ultimately, according to the technical idea of the present invention, the internal space of the storage tank 100 is divided into a plurality of areas (e.g., Z1 to Z4) using at least one partition (e.g., 110 to 112), and each area (e.g., For example, by allowing the cryogenic fluid to be discharged sequentially from Z1 to Z4), in the process of discharging the cryogenic fluid, compared to a conventional general storage tank, the surface portion of the cryogenic fluid, that is, the portion where condensation heat is generated, is discharged (130). ), it is possible to secure a long distance and time to affect the pump, preventing idling of the pump due to cavitation, which can have the effect of enabling stable discharge and efficient use of cryogenic fluid.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The description of the present invention described above is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. For example, each component described as unitary may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims described below rather than the detailed description above, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. .

Claims (3)

극저온 유체가 저장되는 저장탱크;
상기 저장탱크 내부에 소정 간격으로 형성되어 상기 저장탱크 내부를 복수 개의 영역들로 구분하는 적어도 하나의 격벽;
일 단이 상기 복수 개의 영역들 중 제1영역 및 상기 제1영역과 이웃하는 제2영역을 구분하는 격벽의 하부에 연통되고, 타 단이 상기 제2영역의 상부에 위치하도록 형성되어, 상기 복수 개의 영역들 중 상기 제1영역의 수위가 상기 일 단 이하로 내려가는 경우, 상기 제1영역 내의 기체가 상기 제2영역으로 이송될 수 있도록 형성되는 적어도 하나의 이송관; 및
상기 저장탱크의 하부에 형성되어 저장된 극저온 유체가 배출될 수 있도록 형성되는 배출부를 포함하며,
상기 적어도 하나의 격벽은,
하단이 상기 저장탱크의 내벽으로부터 소정 간격만큼 이격되어 상기 복수 개의 영역들이 연통되고,
상기 극저온 유체가 상기 배출부를 통해 배출되는 경우, 상기 복수 개의 영역들 중 상기 저장탱크의 일 측단에 위치하는 시작 영역부터 순차적으로 상기 배출부에 상응하는 배출부 영역까지 극저온 유체가 소진-상기 복수 개의 영역들 중 특정영역에서 극저온 유체와 기체의 경계면이 하강하여 상기 특정 영역의 경계면이 대응되는 대응 이송관의 상기 일단 이하로 내려가기까지는 상기 특정영역의 상기 배출부 측 다음 영역에는 경계면이 발생하지 않은 상태로 유지하다가 상기 특정영역의 경계면이 대응되는 상기 대응 이송관의 상기 일단 이하로 내려가면 상기 대응 이송관을 통해 상기 특정영역의 기체가 상기 다음영역으로 이송되어 상기 다음영역에서 경계면이 발생하는 과정이 상기 시작 영역부터 상기 배출부 영역까지 순차적으로 이루어짐-될 수 있는 것을 특징으로 하는 배출 효율이 향상된 극저온 유체 저장탱크.
A storage tank where cryogenic fluid is stored;
At least one partition wall formed at predetermined intervals inside the storage tank to divide the inside of the storage tank into a plurality of areas;
One end is in communication with the lower part of the partition wall that separates the first area and the second area adjacent to the first area among the plurality of areas, and the other end is formed to be located above the second area, at least one transfer pipe formed to allow gas in the first area to be transferred to the second area when the water level in the first area among the areas falls below the first level; and
It includes a discharge portion formed at the bottom of the storage tank to allow the stored cryogenic fluid to be discharged,
The at least one partition wall is,
The lower end is spaced apart from the inner wall of the storage tank by a predetermined distance so that the plurality of areas communicate,
When the cryogenic fluid is discharged through the discharge unit, the cryogenic fluid is sequentially exhausted from the start area located at one side of the storage tank among the plurality of areas to the discharge area corresponding to the discharge unit - the plurality of areas In a specific area among the areas, the interface between the cryogenic fluid and the gas descends, and no interface occurs in the area next to the outlet side of the specific area until the interface of the specific area goes below the end of the corresponding transfer pipe. A process in which the gas in the specific area is transferred to the next area through the corresponding transfer pipe when the boundary surface of the specific area goes below the one end of the corresponding transfer pipe and a boundary surface is generated in the next area. A cryogenic fluid storage tank with improved discharge efficiency, characterized in that it can be done sequentially from the start area to the discharge area.
제1항에 있어서, 상기 배출부는,
상기 저장탱크의 타 측단에 위치하는 영역의 하부에 위치하도록 형성되며,
상기 복수 개의 영역들 중 상기 배출부로부터 가장 먼 위치의 영역부터 극저온 유체의 소진이 진행되는 것을 특징으로 하는 배출 효율이 향상된 극저온 유체 저장탱크.
The method of claim 1, wherein the discharge unit,
It is formed to be located at the lower part of the area located at the other end of the storage tank,
A cryogenic fluid storage tank with improved discharge efficiency, characterized in that the cryogenic fluid is exhausted from the area furthest from the discharge unit among the plurality of areas.
제1항에 있어서, 상기 배출 효율이 향상된 극저온 유체 저장탱크는,
일 단이 상기 저장탱크의 하부와 연결되며, 타 단이 상기 시작 영역의 상부와 연결되는 이송라인; 및
상기 이송라인의 소정 위치에 구비되는 기화기를 더 포함하며,
상기 이송라인을 통해 이송되는 극저온 유체가 상기 기화기를 통해 기화되어 상기 시작 영역에 투입되어, 상기 저장탱크 내부 압력을 승압시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 배출 효율이 향상된 극저온 유체 저장탱크.
The cryogenic fluid storage tank of claim 1, wherein the cryogenic fluid storage tank has improved discharge efficiency,
a transfer line with one end connected to the lower part of the storage tank and the other end connected to the upper part of the starting area; and
It further includes a vaporizer provided at a predetermined position in the transfer line,
A cryogenic fluid storage tank with improved discharge efficiency, characterized in that the cryogenic fluid transported through the transfer line is vaporized through the vaporizer and injected into the starting area, thereby increasing the internal pressure of the storage tank.
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