KR102614712B1 - 초저온 액체 연료탱크용 승압장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초저온 액체 연료탱크용 승압장치에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 초저온 액체 연료탱크에 설치되어 내부압력이 낮아질 경우, 상기 초저온 액체 연료탱크 내의 연료를 이동시켜 기화시킨 후 다시 내부로 유입시켜 내부압력을 상승시키는 승압장치에 있어서, 상기 초저온 액체 연료탱크 내부의 연료가 유입되어 이동되는 제1 승압이동관; 상기 제1 승압이동관과 연결되어, 상기 제1 승압이동관으로부터 연료가 유입되고, 자석 슬라이더의 이동에 의해 연료를 이동시켜 기화가 이루어지도록 하는 승압모듈 및 상기 승압모듈과 상기 초저온 액체 연료탱크에 연결되고, 상기 승압모듈로부터 유입되는 연료가 이동되며 기화되어 상기 초저온 액체 연료탱크 내부로 유입되도록 하는 제2 승압이동관를 포함하는 승압장치를 제공할 수 있다.

Description

초저온 액체 연료탱크용 승압장치{Pressure boosting device for cryogenic liquid fuel tank}

본 발명은 초저온 액체 연료탱크용 승압장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 자석 슬라이더를 통해 연료탱크 내부의 연료를 외부로 강제 이동시켜 열교환 작용으로 기화 되도록 하여 연료를 기체 형태로 다시 내부로 주입시킴으로써, 빠른 시간에 내부압력을 상승시킬 수 있는 초저온 액체 연료탱크용 승압장치에 관한 것이다.

일반 산업용 초저온 탱크(예; 액체질소나 액체산소 등의 이동식 탱크)는 초저온 액체를 또 다른 용기에 옮겨 담을 때에 기화된 기체의 내부압력을 이용하게 되는데, 처음에는 압력이 높아 액체가 쉽게 빠져나오다 내부압력이 점차 낮아짐에 따라 속도가 떨어지게 된다. 이러한 현상때문에 압력이 상승하기를 기다렸다 다시 옮겨 담아야 하는 상황이 발생하게 된다.

이러한 상황에서 내부 압력상승을 촉진할 수 있도록, 열전달율이 높은 동관을 이용하여 액체를 내조에서부터 내외조사이를 거쳐 외조 바깥으로 끌어내어 자연기화 시킨 후 다시 내조까지 이어지는 장치를 설치하고 있다.

이러한 장치가 없을 때 보다 빠른 속도로 액체를 다른 용기로 옮겨 담을 수는 있지만, 이러한 장치도 추가적인 자연기화장치로써의 한계가 있어 속도가 느려지는 구간이 생기는 문제를 가지고 있다. 또한 오히려 탱크의 단열성능을 떨어뜨리는 역효과를 가져올 수 있어 거의 사용하지 않고 있는 상황이다.

또한 탱크 내부의 압력을 올리기 위해 펌프 형태의 강제이송 장치와 열교환기를 갖출 수는 있지만, 2,000kPa(20bar) 이상의 내부압력으로 인하여 복잡하고 부피가 큰 가스누설 방지장치 등이 요구되어 사실상 적용되기 쉽지 않다.

따라서, 탱크의 단열성능을 떨어뜨리지 않고 빠른 시간 내에 압력 상승이 가능하며 간단한 구조를 가지는 승압장치에 대한 개발이 필요한 실정이다.

한국등록특허 제10-2210854호 연료 승압 모듈을 구비하는 연료 탱크(2019.09.18)

상기와 같은 문제를 해결하고자, 본 발명은 자석 슬라이더를 통해 연료탱크 내부의 연료를 외부로 강제 이동시켜 열교환 작용으로 기화 되도록 하여 연료를 기체 형태로 다시 내부로 주입시킴으로써, 빠른 시간에 내부압력을 상승시킬 수 있는 초저온 액체 연료탱크용 승압장치를 제공하는 데 목적이 있다.

상기와 같은 과제를 해결하고자, 본 발명의 실시예에 따른 초저온 액체 연료탱크용 승압장치는 초저온 액체 연료탱크에 설치되어 내부압력이 낮아질 경우, 상기 초저온 액체 연료탱크 내의 연료를 이동시켜 기화시킨 후 다시 내부로 유입시켜 내부압력을 상승시키는 승압장치에 있어서, 상기 초저온 액체 연료탱크 내부의 연료가 유입되어 이동되는 제1 승압이동관; 상기 제1 승압이동관과 연결되어, 상기 제1 승압이동관으로부터 연료가 유입되고, 자석 슬라이더의 이동에 의해 연료를 이동시켜 기화가 이루어지도록 하는 승압모듈 및 상기 승압모듈과 상기 초저온 액체 연료탱크에 연결되고, 상기 승압모듈로부터 유입되는 연료가 이동되며 기화되어 상기 초저온 액체 연료탱크 내부로 유입되도록 하는 제2 승압이동관를 포함하는 승압장치를 제공할 수 있다.

또한 상기 제1 승압이동관에 설치되어, 상기 초저온 액체 연료탱크의 내부압력에 따라 오픈 및 차단시킬 수 있는 전단 밸브를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 승압모듈은, 길이를 가지는 관통된 관 형상으로 형성되되 내부공간으로 상부에 위치하는 상부공간과 상기 상부공간과 연결되어 하부에 위치하는 하부공간이 형성되고, 하부와 상부에 각각 상기 제1 승압이동관과 제2 승압이동관이 연결되는 실린더부; 상기 실린더부 외부에 설치되어, 상기 실린더부를 따라 상하 이동될 수 있는 자석 슬라이더; 상기 상부공간에 설치되어, 상기 자석 슬라이더의 이동에 따라 상하 이동되는 플런저; 상기 상부공간에 설치되어 상기 플런저의 이동에 따라 상하 이동되고, 상하 이동에 따라 차단 및 오픈되는 상단이동밸브 및 상기 하부공간에 설치되어 상기 플런저의 이동에 따라 상하 이동되며, 상하 이동에 따라 오픈 및 차단되는 하단이동밸브를 포함할 수 있다.

또한 상기 승압모듈은, 상기 자석 슬라이더가 상측으로 이동될 경우, 상기 플런저가 상측으로 이동됨에 따라 상기 상단이동밸브가 차단되어 상기 상부공간의 연료가 상기 제1 승압이동관으로 이동되고, 상기 하단이동밸브가 오픈되어 상기 하부공간의 연료가 상기 상부공간의 상기 상단이동밸브 하측으로 이동되며, 상기 자석 슬라이더가 하측으로 이동될 경우, 상기 플런저가 하측으로 이동됨에 따라 상기 상단이동밸브가 오픈되어 상기 상단이동밸브 하측에 위치하는 연료가 상측으로 이동되고, 상기 하단이동밸브가 차단되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 실린더부는, 길이를 가지는 관 형상으로 형성되되 상기 상부공간과 하부공간이 형성된 실린더; 상기 실린더 하부에 삽입 고정되어, 상기 제1 승압이동관이 연결되며, 상기 하단이동밸브가 안착될 시 상기 하단이동밸브를 차단시키는 하단 플러그 및 상기 실린더 상부에 삽입 고정되어, 상기 제2 승압이동관이 연결되는 상단 플러그를 포함할 수 있다.

또한 상기 실린더는, 상기 상부공간과 하부공간 사이에 내면 둘레를 따라 내측으로 돌출되게 형성되어, 상기 하단이동밸브의 상측 이동을 제한하고, 상기 상단이동밸브의 하측 이동을 제한하는 공간분리돌출부 및 외면 둘레를 따라 외측으로 돌출되게 형성되어, 상기 자석 슬라이더가 지지되고 이탈되지 않도록 하는 이탈방지돌출부를 포함할 수 있다.

또한 상기 하단 플러그는, 상기 제1 승압이동관이 연결되는 하단 연결관; 상기 하단 연결관 상측으로 형성되는 하단 플러그몸체 및 상기 하단 플러그몸체 상측에 형성되어 상기 실린더에 삽입되고, 상기 하단이동밸브와 밀착되어 상기 하단이동밸브를 차단시킬 수 있는 하단 플러그삽입부를 포함할 수 있다.

또한 상기 상단 플러그는, 상기 제2 승압이동관이 연결되는 상단 연결관; 상기 상단 연결관 하측으로 형성되는 상단 플러그몸체 및 상기 상단 플러그몸체 하측에 형성되어 상기 실린더에 삽입되는 상단 플러그삽입부를 포함할 수 있다.

또한 상기 상단이동밸브는, 중공되되 상면이 막혀 있는 관 형상으로 형성되고, 상기 플런저보다 긴 길이를 가지는 상단밸브몸체; 상기 상단밸브몸체 상측에 둘레를 따라 형성되어, 상기 플런저에 의해 상측으로 이동될 시 차단되고 하측으로 이동될 시 오픈되는 하나 이상의 상단밸브개방홀; 상기 상단밸브몸체 상단에 둘레를 따라 외측으로 돌출되게 형성되어, 상기 플런저가 걸려 상측으로 같이 이동될 수 있도록 하는 상단걸림부 및 상기 상단밸브몸체 하단에 외측으로 돌출되게 형성되어, 상기 플런저가 걸려 하측으로 같이 이동될 수 있도록 하는 하단걸림부를 포함할 수 있다.

또한 상기 하단이동밸브는, 중공되어 상면이 막혀 있는 관 형상으로 형성되는 제1 하단밸브몸체; 중공되어 하면이 막혀 있는 관 형상으로 형성되어 상기 제1 하단밸브몸체 상측으로 일체형으로 형성되되, 상기 제1 하단밸브몸체보다 넓이가 크게 형성되는 제2 하단밸브몸체; 상기 제1 하단밸브몸체 상측에 둘레를 따라 형성되어, 상기 실린더부에 의해 하측으로 이동될 시 차단되고 상측으로 이동될 시 오픈되는 하나 이상의 제1 하단밸브개방홀 및 상기 제2 하단밸브몸체 둘레를 따라 형성되어, 상기 제1 하단밸브개방홀이 오픈되면 상기 하부공간으로 이동되는 연료가 상기 상부공간으로 이동될 수 있도록 하는 제2 하단밸브개방홀을 포함할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 초저온 액체 연료탱크용 승압장치는 자석 슬라이더를 통해 연료탱크 내부의 연료를 외부로 강제 이동시켜 열교환 작용으로 기화 되도록 하여 연료를 기체 형태로 다시 내부로 주입시킴으로써, 빠른 시간에 내부압력을 상승시킬 수 있다.

또한 간단한 구조로 구현 가능하여 탱크 슈라우드 내에 설치 가능하고, 설치 용이성이 우수하며, 별도의 가스누설 방지장치 등의 설치를 최소화 시킬 수 있다.

또한 연료탱크의 단열성능 저하를 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초저온 액체 연료탱크용 승압장치가 연료탱크에 설치된 모습을 도시한 사용예시도.
도 2는 도 1의 정면도.
도 3은 도 2에서 연료탱크의 일부 구성을 제거하여 초저온 액체 연료탱크용 승압장치만을 도시한 예시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 초저온 액체 연료탱크용 승압장치의 승압모듈을 도시한 사시도.
도 5는 도 4의 승압모듈을 도시한 단면도.
도 6은 도 4의 승압모듈을 분리하여 도시한 분해사시도.
도 7은 도 4의 승압모듈을 분리하여 도시한 단면분해사시도.
도 8의 (a) 및 (b)는 도 6의 실린더를 도시한 사시도 및 단면도.
도 9의 (a) 및 (b)는 도 6의 하단 플러그를 도시한 사시도 및 단면도.
도 10의 (a) 및 (b)는 도 6의 상단이동밸브를 도시한 사시도 및 단면도.
도 11의 (a) 및 (b)는 도 6의 하단이동밸브를 도시한 사시도 및 단면도.
도 12의 (a) 내지 (d)는 본 발명의 실시예에 따른 초저온 액체 연료탱크용 승압장치의 승압모듈의 자석 슬라이더가 상승될 시 작동 모습을 나타낸 작동예시도.
도 13의 (a) 내지 (d)는 본 발명의 실시예에 따른 초저온 액체 연료탱크용 승압장치의 승압모듈의 자석 슬라이더가 하강될 시 작동 모습을 나타낸 작동예시도.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 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.

본 출원에서 사용 한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수 의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 등을 조합한 것이 존재함을 지정하려 는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성요소 등을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적 인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자 에 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.

여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 도 1 내지 도 13을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초저온 액체 연료탱크용 승압장치가 연료탱크에 설치된 모습을 도시한 사용예시도이고, 도 2는 도 1의 정면도이고, 도 3은 도 2에서 연료탱크의 일부 구성을 제거하여 초저온 액체 연료탱크용 승압장치만을 도시한 예시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 초저온 액체 연료탱크용 승압장치의 승압모듈을 도시한 사시도이고, 도 5는 도 4의 승압모듈을 도시한 단면도이고, 도 6은 도 4의 승압모듈을 분리하여 도시한 분해사시도이고, 도 7은 도 4의 승압모듈을 분리하여 도시한 단면분해사시도이고, 도 8의 (a) 및 (b)는 도 6의 실린더를 도시한 사시도 및 단면도고, 도 9의 (a) 및 (b)는 도 6의 하단 플러그를 도시한 사시도 및 단면도이고, 도 10의 (a) 및 (b)는 도 6의 상단이동밸브를 도시한 사시도 및 단면도이고, 도 11의 (a) 및 (b)는 도 6의 하단이동밸브를 도시한 사시도 및 단면도이고, 도 12의 (a) 내지 (d)는 본 발명의 실시예에 따른 초저온 액체 연료탱크용 승압장치의 승압모듈의 자석 슬라이더가 상승될 시 작동 모습을 나타낸 작동예시도이며, 도 13의 (a) 내지 (d)는 본 발명의 실시예에 따른 초저온 액체 연료탱크용 승압장치의 승압모듈의 자석 슬라이더가 하강될 시 작동 모습을 나타낸 작동예시도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 초연료 액체 연료탱크용 승압장치(1, 이하 '승압장치'라 함)는 초저온 액체 연료탱크에 설치되어 내부압력이 낮아질 경우, 초저온 액체 연료탱크 내의 연료를 이동시켜 기화시킨 후 다시 내부로 유입시켜 내부압력을 상승시키는 장치이다.

초저온 액체 연료탱크는 펌프 없이 연료 기화에 의해 내부압력을 올려 엔진에 연료를 공급하는 방법이 이용되고 있는데, 연료충전 후 탱크내부 압력이 엔진시동 연료분사 압력보다 낮으면 엔진 시동이 되지 않은 문제가 있다. 그리고 처음에는 내부압력이 높아 연료가 쉽게 빠져나올 수 있으나 엔진과부하가 지속될 경우, 엔진에 연료공급량이 많아져 내부압력이 점차 낮아짐에 따라 연료 공급 속도가 현저하게 떨어지는 문제가 있다.

본 발명의 승압장치(1)는 상기와 같은 문제를 해결하고자 초저온 액체 연료탱크의 내부압력이 저하될 시 연료를 강제 이동시켜 기화의 발생으로 내부압력을 상승시킬 수 있도록 한 것이다.

한편 초저온 액체 연료탱크는 크게 2가지의 연료 입출관이 형성되어 있는데, 연료를 충전하거나 엔진으로 연료를 공급하기 위한 연료관(F)과 연료 기화에 의해 내부압력이 일정압력 이상으로 상승하였을 경우 기체의 연료를 외부로 배출하기 위한 배출관(E)이 구성될 수 있다. 또한 연료관(F) 중간에 형성되어 승압장치(1)와 유사한 기능을 하는 레귤레이터(R)도 구성될 수 있는데, 레귤레이터(R)는 엔진에 이미 연료가 공급되고 있는 상태(차량 운행 상태)에서 압력 차이에 의해 자동으로 액상의 연료를 이동시켜 기화시킨 후 연료탱크 내부로 보내어 내부압력이 일정한 압력으로 유지되도록 하는 장치이다.

구체적으로, 승압장치(1)는 초저온 액체 연료탱크에 설치될 시, 연료관(F)과 연결되어 연료관(F)으로부터 연료탱크 내부의 액상의 연료가 유입될 수 있고, 연료탱크 내부로 연결되어 기상의 연료가 연료탱크 내부로 주입되도록 할 수 있다.

도 3을 참조하면, 승압장치(1)는 제1 승압이동관(10), 승압모듈(20), 제2 승압이동관(30) 및 전단 밸브(40)를 포함할 수 있다.

제1 승압이동관(10)은 초저온 액체 연료탱크 내부의 액상의 연료가 유입되어 이동될 수 있는 관으로서, 일단이 초저온 액체 연료탱크의 연료관(F)과 연결되게 형성되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않고, 초저온 액체 연료탱크 내부와 직접적으로 연결되게 형성되는 등 다양하게 형성될 수 있다,

또한 제1 승압이동관(10)의 타단이 승압모듈(20)의 하단, 즉 승압모듈(20)의 하단 플러그(211)와 연결되어, 초저온 액체 연료탱크 내부로부터 유입된 액상의 연료가 승압모듈(20)로 이동 가능하도록 할 수 있다.

한편, 제1 승압이동관(10)은 전단 밸브(40)에 의해 차단되거나 개방될 수 있는데, 초저온 액체 연료탱크의 내부압력이 높을 경우 전단 밸브(40)에 의해 차단되어 승압장치(1)가 작동되지 않을 수 있으며, 내부압력이 낮을 경우 전단 밸브(40)가 오픈되어 개방되는 것으로 승압장치(1)가 작동될 수 있도록 한다.

승압모듈(20)은 제1 승압이동관(10)과 연결되어, 자석 슬라이더의 상하 이동에 의해 제1 승압이동관(10)으로부터 연료가 유입되어 제2 승압이동관(30)으로 이동되도록 할 수 있다. 이에 제2 승압이동관(30)에서 연료가 기화가 이루어지고, 기상의 연료가 연료탱크 내부로 주입됨에 따라 내부압력이 상승되도록 할 수 있다. 즉, 승압모듈(20)은 펌프와 같은 기능을 할 수 있는데, 연료탱크 내부의 연료를 강제 이동시켜 빠르게 연료 기화가 이루어지도록 함으로써, 짧은 시간에 내부압력이 상승하도록 할 수 있는 것이다.

도 4 내지 도 7을 참조하면, 승압모듈(20)은 실린더부(21), 자석 슬라이더(22), 플런저(23), 상단이동밸브(24) 및 하단이동밸브(25)를 포함할 수 있다.

실린더부(21)는 하부와 상부에 각각 제1 승압이동관(10)과 제2 승압이동관(30)이 연결되어 연료가 이동되는 경로와 같은 역할을 하며, 플런저(23), 상단이동밸브(24), 하단이동밸브(25)가 내부에 설치되어 이동 가능하도록 내부공간이 마련되게 형성될 수 있다.

보다 구체적으로, 실린더부(21)는 실린더(210), 하단 플러그(211) 및 상단 플러그(212)를 포함할 수 있다.

도 8을 참조하면, 실린더(210)는 길이를 가지는 관통된 관 형상으로 형성되어 내부공간을 가질 수 있는데, 내부공간으로 상부공간(210a)과 하부공간(210b)이 형성될 수 있다. 이때, 상부공간(210a)과 하부공간(210b)은 서로 연결되어 있어, 연료의 이동이 가능할 수 있다.

상부공간(210a)에는 플런저(23), 상단이동밸브(24)가 설치될 수 있으며, 하부공간(210b)에는 하단이동밸브(25)가 설치될 수 있다.

또한 실린더(210)는 공간분리돌출부(2100) 및 이탈방지돌출부(2101)를 포함할 수 있다.

공간분리돌출부(2100)는 상부공간(210a)과 하부공간(210b)이 구분될 수 있도록 하는 것으로, 상부공간(210a)과 하부공간(210b) 사이에서 실린더(210) 내면 둘레를 따라 내측으로 돌출되게 형성될 수 있다,

이러한 공간분리돌출부(2100)는 하단이동밸브(25)의 상측 이동을 제한하고, 상단이동밸브(24)의 하측 이동을 제한할 수 있다. 즉, 하단이동밸브(25)가 상측 이동될 시 공간분리돌출부(2100)에 걸려 더 이상 상측으로 이동되지 않도록 할 수 있으며, 상단이동밸브(24)가 하측으로 이동됨에 따라 공간분리돌출부(2100)에 의해 받쳐지면 하측으로 더 이상 이동되지 않고 위치가 고정되도록 할 수 있는 것이다.

이때 공간분리돌출부(2100)는 실린더(210) 내면 둘레를 따라 쭉 이어지게 형성되어 링 형상을 이루는 일 몸체로 구성되거나, 둘레를 따라 이격되게 배열되어 형성되는 복수 몸체로 구성될 수 있다.

이탈방지돌출부(2101)는 실린더(210) 외면 둘레를 따라 외측으로 돌출되게 형성되어 실린더(210) 외면에 설치되는 자석 슬라이더(22)가 지지되어 작동하지 않을 시에 실린더(210)에서 이탈되지 않도록 할 수 있다.

이러한 이탈방지돌출부(2101)는 실린더(210) 하부측에 형성되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지는 않는다.

또한 실린더(210)는 상단과 하단에 상단 플러그(212)와 하단 플러그(211)가 각각 설치될 수 있고, 이에 제1 승압이동관(10)과 제2 승압이동관(30)과 연결될 수 있다.

하단 플러그(211)는 실린더(210) 하부에 삽입 고정되고, 제1 승압이동관(10)이 연결될 수 있다. 또한 하단 플러그(211)는 하단이동밸브(25)가 하측으로 이동됨에 따라 안착되면 하단이동밸브(25)가 차단 상태가 되도록 할 수 있다.

이를 위해, 도 9를 참조하면, 하단 플러그(211)는 하단 연결관(2110), 하단 플러그몸체(2111) 및 하단 플러그삽입부(2112)를 포함할 수 있다.

하단 연결관(2110)은 관통된 관 형상으로 형성되어 하단에 제1 승압이동관(10)이 연결될 수 있고, 상단에 하단 플러그몸체(2111)가 형성될 수 있다.

하단 플러그몸체(2111)는 하단 연결관(2110) 상측으로 형성되되, 관통되게 형성되며, 횡단면 넓이가 실린더(210)의 횡단면 넓이 이상으로 형성되어, 하단 플러그(211)가 실린더(210)에 삽입될 시 실린더(210) 하단 하측에 위치될 수 있다.

즉, 하단 플러그몸체(2111)는 하단 플러그(211)의 삽입 정도가 제한되도록 하며, 실린더(210)와의 기밀성이 보다 향상되도록 할 수 있다.

또한 하단 플러그몸체(2111)는 관통된 내부 홀 크기가 하단이동밸브(25)가 일부 삽입될 수 있는 크기로 형성될 수 있다. 이때, 삽입될 시 하단이동밸브(25)와 밀착될 수 있는 크기가 바람직하나, 이에 한정되지는 않는다.

하단 플러그삽입부(2112)는 하단 플러그몸체(2111) 상측에 형성되되, 관통되게 형성되어 실린더(210)에 삽입될 수 있다. 실린더(210)에 삽입될 시, 실린더(210) 하단을 패킹할 수 있도록 실린더(210) 내면과 밀착되게 접할 수 있는 크기로 형성되는 것이 바람직하다.

또한 하단 플러그삽입부(2112)는 내부로 하단이동밸브(25)가 안착됨에 따라 하단이동밸브(25)와 밀착되어 하단이동밸브(25)의 제1 하단밸브개방홀(252)을 차단하여, 하단이동밸브(25)가 차단 상태가 되도록 할 수 있다.

또한 하단 플러그삽입부(2112)는 하단이동밸브(25)의 제1 하단밸브몸체(250)만 삽입될 수 있는데, 제2 하단밸브몸체(251)가 삽입되지 않고 상측에 안착되도록 상부에 내면을 따라 형성된 하단밸브안착홈을 포함할 수 있다.

또한 하단 플러그삽입부(2112)는 실린더(210)와 보다 밀착되어 기밀성이 높아지도록 외면에 형성된 패킹돌출부를 더 포함할 수도 있다.

상단 플러그(212)는 실린더(210) 상부에 삽입 고정되고, 제2 승압이동관(30)이 연결될 수 있다.

이러한 상단 플러그(212)는 상기에서 설명한 하단 플러그(211)와 삽입되는 방향만 다르되 실질적으로 동일한 형태로 형성될 수 있어, 하단 연결관(2110), 하단 플러그몸체(2111) 및 하단 플러그삽입부(2112)에 대응되는 상단 연결관(2120), 상단 플러그몸체(2121) 및 상단 플러그삽입부(2122)를 포함할 수 있다.

상단 연결관(2120)은 제2 승압이동관(30)이 연결될 수 있다.

상단 플러그몸체(2121)는 상단 연결관(2120) 하측으로 형성될 수 있는데, 자세한 설명은 생략하며, 상단이동밸브(24)가 삽입되지는 않는다.

상단 플러그삽입부(2122)는 상단 플러그몸체(2121) 하측에 형성되어 실린더에 삽입될 수 있는데, 자세한 설명은 생략하며, 상단 플러그몸체(2121)와 같이 상단이동밸브(24)가 삽입되지는 않으며, 상단밸브안착홈에는 상단이동밸브(24)의 상단측이 안착될 수 있다.

다시 도 4 내지 도 7로 돌아가 살펴보면, 자석 슬라이더(22)는 실린더부(21) 외부에 설치되어, 실린더부(21)의 길이 방향을 따라 이동될 수 있는데, 상하 이동될 수 있다.

이때, 자석 슬라이더(22)는 실린더부(21)의 외면을 감싸는 형태로, 링 형상으로 형성될 수 있으며, 높은 자성을 띠는 네오디움 자석으로 제작될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

또한 자석 슬라이더(22)는 사용자에 의해 수동으로 제어되어 동작할 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 상하 방향으로 이동시킬 수 있는 구동장치가 다양한 형태로 적용될 수도 있다.

이러한 자석 슬라이더(22)는 상하 이동됨에 따라 자성에 의해 플런저(23)가 같이 상하 이동되도록 할 수 있으며, 이에 상단이동밸브(24)와 하단이동밸브(25)의 상하 이동을 조절하여 차단 및 오픈에 대한 상태를 제어할 수 있다.

간단하게 설명하자면, 자석 슬라이더(22)가 상측으로 이동될 경우, 플런저(23)가 상측으로 이동됨에 따라 상단이동밸브(24)가 차단 상태가 되어 상부공간(210a)의 연료가 플런저(23)에 밀어 올려져 제1 승압이동관(10)으로 이동될 수 있다. 이때, 하단이동밸브(25)는 오픈 상태가 되어 하부공간(210b)의 연료가 상부공간(210a)의 상단이동밸브(24) 하측으로 이동될 수 있다.

반대로, 자석 슬라이더(22)가 하측으로 이동될 경우, 플런저(23)가 하측으로 이동됨에 따라 상단이동밸브(24)가 오픈 상태가 되어 상단이동밸브(24) 하측에 위치하는 연료가 상측으로 이동될 수 있다. 이때 하단이동밸브(25)는 차단 상태가 될 수 있다.

이러한 자석 슬라이더(22)에 의한 작동에 대해서는 하기에서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

플런저(23)는 상부공간(210a)에 설치되어, 자석 슬라이더(22)의 상하 이동에 따라 같이 상하 이동될 수 있다. 이를 위해, 플런저(23)는 철재질 또는 네오디움 자석으로 제작될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 자석 슬라이더(22)와 자력을 가지도록 할 수 있는 소재라면 모두 적용될 수 있다.

또한 플런저(23)는 상단이동밸브(24) 외면을 감싸는 링 형태로 형성되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지는 않는다.

플런저(23)는 자석 슬라이더(22)에 의해 상하 이동됨에 따라 상단이동밸브(24)의 상하 이동과 차단/오픈 상태에 대해 제어할 수 있다. 또한 상단이동밸브(24)의 제어에 따라 압력에 의해 하단이동밸브(25)도 상하 이동되도록 하며, 차단/오픈 상태도 제어되도록 할 수 있다.

상단이동밸브(24)는 상부공간(210a)에 상하 이동가능하게 설치되어 플런저(23)의 이동에 따라 상하 이동되고, 상하 이동에 따라 차단 및 오픈 될 수 있다. 여기서 상단이동밸브(24)는 차단 상태로 상측으로 이동될 수 있으며, 오픈 상태로 하측으로 이동되며 하측에 위치하는 연료가 상측으로 이동되도록 할 수 있다.

도 10을 참조하면, 상단이동밸브(24)는 상단밸브몸체(240), 상단밸브개방홀(241), 상단걸림부(242) 및 하단걸림부(243)를 포함할 수 있다.

상단밸브몸체(240)는 중공되되 상면이 막혀 있는 관 형상으로 형성되고, 플런저(23)에 의해 상단이동밸브(24)의 오픈과 차단이 제어될 수 있도록 플런저(23)보다 긴 길이를 가질 수 있다.

이에 하부공간(210b)에서 상부공간(210a)으로 연료가 유입될 시, 상단밸브몸체(240) 내부로도 연료가 유입될 수 있다. 여기서 상단밸브몸체(240)에 형성된 상단밸브개방홀(241)이 오픈 또는 차단인지에 따라 상단밸브몸체(240) 내부로 유입된 연료가 상단밸브몸체(240) 외측으로 이동될 건지가 결정될 수 있다.

상기 상단밸브개방홀(241)은 상단밸브몸체(240) 상측에 둘레를 따라 하나 이상이 형성되어, 플런저(23)에 의해 상측으로 이동될 시 차단되고 하측으로 이동될 시 오픈 될 수 있다.

이때, 상단밸브개방홀(241)은 둘레를 따라 일정간격 이격되어 복수개로 형성되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지는 않는다.

상단걸림부(242)는 상단밸브몸체(240) 상단에 둘레를 따라 외측으로 돌출되게 형성될 수 있다. 이에 플런저(23)가 상측으로 이동하면서 상단걸림부(242)에 걸려 상단이동밸브(24)가 같이 이동될 수 있다.

하단걸림부(243)는 상단밸브몸체(240) 하단에 외측으로 돌출되게 형성될 수 있다. 이때, 하단걸림부(243)는 상단밸브몸체(240)에 탈부착 가능한 부재로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 상단밸브몸체(240)에 일체형으로 형성될 수도 있다.

이에 플런저(23)가 하측으로 이동하게 되면, 하단걸림부(243)에 플런저(23)가 걸려 상단이동밸브(24)가 같이 이동될 수 있다.

하단이동밸브(25)는 하부공간(210b)에 상하 이동 가능하게 설치되어 플런저(23)의 이동에 따른 상단이동밸브(24)의 상하 이동에 의해 발생하는 압력에 의해 상하 이동될 수 있고, 상하 이동에 따라 오픈 및 차단될 수 있다. 즉, 하단이동밸브(25)는 상단이동밸브(24)의 상태(오픈 또는 차단)와 이동(상측 이동 또는 하측 이동)에 따라 이동과 상태가 같이 조절될 수 있다.

도 11을 참조하면, 하단이동밸브(25)는 제1 하단밸브몸체(250), 제2 하단밸브몸체(251), 제1 하단밸브개방홀(252) 및 제2 하단밸브개방홀(253)을 포함할 수 있다.

제1 하단밸브몸체(250)는 중공되어 상면이 막혀 있는 관 형상으로 형성될 수 있다.

제2 하단밸브몸체(251)는 중공되어 하면이 막혀 있는 관 형상으로 형성되어 제1 하단밸브몸체(250) 상측으로 일체형으로 형성될 수 있다. 다만, 제2 하단밸브몸체(251)는 제1 하단밸브몸체(250)보다 횡단면 넓이가 크게 형성되어, 제1 하단밸브몸체(250)와 같이 하단 플러그(211)에 삽입되지 않도록 할 수 있다.

이에 제2 하단밸브몸체(251)는 하단밸브안착홈에 안착되는 것으로 하단 플러그(211)에 삽입되지 않을 수 있으며, 제1 하단밸브개방홀(252)을 통해 제2 하단밸브개방홀(253)로 연료가 이동되지 않도록 완전히 차단되도록 할 수 있다.

제1 하단밸브개방홀(252)는 제1 하단밸브몸체(250) 상측에 둘레를 따라 하나 이상이 형성될 수 있으며, 복수개가 형성되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지는 않는다.

이 제1 하단밸브개방홀(252)은 하단이동밸브(25)가 하측으로 이동되어 실린더부(21)의 하단 플러그(211)에 삽입될 시, 하단 플러그(211)와 제1 하단밸브몸체(250)가 밀착됨에 따라 차단될 수 있다.

또한 하단이동밸브(25)가 상측으로 이동됨에 따라, 하단 플러그(211)에서 하단이동밸브(25)가 이탈되어 제1 하단밸브개방홀(252)이 오픈 될 수 있고, 이에 제1 승압이동관(10)으로부터 유입된 연료가 제1 하단밸브개방홀(252)을 통해 하부공간(210b), 제2 하단밸브개방홀(253)을 거쳐 상부공간(210a)으로 이동될 수 있다.

제2 하단밸브개방홀(253)은 제2 하단밸브몸체(251) 둘레를 따라 하나 이상이 형성될 수 있고, 복수개가 형성되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지는 않는다.

이러한 제2 하단밸브개방홀(253)은 제1 하단밸브개방홀(252)이 오픈 되면 하부공간(210b)으로 이동되는 연료가 상부공간(210a)으로 이동될 수 있도록 한다.

이와 같이 구성되는 승압모듈(20)의 작동에 대하여 도 12 및 도 13을 이용하여 보다 자세하게 설명하기로 한다.

먼저, 도 12를 참조하면, 상단이동밸브(24)와 하단이동밸브(25)가 상부공간(210a)과 하부공간(210b)에서 각각 최하단에 위치하는 초기 상태(도 12의 (a))에서 자석 슬라이더(22)가 상측으로 이동될 경우, 플런저(23)가 상측 이동하여 상단이동밸브(24)의 상단밸브개방홀(241)을 막음에 따라 상단이동밸브(24)가 차단 상태가 될 수 있다. 이때 하단이동밸브(25)의 제1 하단밸브개방홀(252)이 실린더부(21)에 의해 막혀 있어, 하단이동밸브(25)가 차단 상태일 수 있다(도 12의 (b)).

그 다음, 자석 슬라이더(22)가 계속 상승함에 따라 플런저(23)가 차단 상태의 상단이동밸브(24)를 상측으로 이동시켜 상부공간(210a)에서 플런저(23)와 상단이동밸브(24) 상측에 위치하는 연료가 제2 승압이동관(30)으로 이동되도록 하고, 이때 압력에 의해 하단이동밸브(25)가 상측 이동되어 오픈 상태가 됨에 따라 제1 승압이동관(10)으로부터 유입된 연료가 제1 하단밸브개방홀(252), 하부공간(210b), 제2 하단밸브개방홀(253)을 통해 상부공간(210a)으로 이동될 수 있다(도 12의 (c)).

그 다음, 자석 슬라이더(22)가 최상단까지 상승함에 따라 상단이동밸브(24)가 상부공간(210a) 상단까지 이동하여 상단 플러그(212)에 안착됨에 따라 상부공간(210a) 상측에 위치했던 연료를 모두 밀어낼 수 있고, 상단이동밸브(24) 내부까지 연료가 들어온 상태가 될 수 있다(도 12의 (d)).

반면, 도 13을 참조하면, 상측 이동이 끝까지 이루어진 도 12의 (d)의 상태인 초기 상태(도 13의 (a))에서 자석 슬라이더(22)가 하측으로 이동될 경우, 플런저(23)가 하측 이동됨에 따라 상단이동밸브(24)의 상단밸브개방홀(241)을 열어 상단이동밸브(24)가 오픈 상태가 되도록 할 수 있다(도 13의 (b)).

상기 상태에서, 자석 슬라이더(22)가 계속 하강함에 따라 상단이동밸브(24) 내부에 위치한 연료가 상단밸브개방홀(241)을 통해 상측으로 이동될 수 있고, 이때 압력에 의해 하단이동밸브(25)가 하측 이동되어 차단 상태가 될 수 있다(도 13의 (c)).

이후, 자석 슬라이더(22)가 최하단까지 하강함에 따라 상부공간(210a) 하측에 위치했던 연료가 상측으로 이동될 수 있다(도 13의 (d)).

제2 승압이동관(30)을 통해 연료가 기화될 수 있도록 승압모듈(20)은 상기와 같은 작동으로 연료를 상측에 연결되어 있는 제2 승압이동관(30)으로 이동시킬 수 있다.

제2 승압이동관(30)은 일단과 타단이 승압모듈(20)과 초저온 액체 연료탱크에 각각 연결되고, 승압모듈(20)로부터 유입되는 연료가 이동되며 기화되어 초저온 액체 연료탱크 내부로 기상의 연료가 유입되도록 할 수 있다.

여기서 제2 승압이동관(30)은 이동되는 연료의 기화기 이루어질 수 있도록 열전달율이 높은 동관으로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

전단 밸브(40)는 제1 승압이동관(10)에 설치되어, 초저온 액체 연료탱크의 내부압력에 따라 오픈 및 차단시켜, 제1 승압이동관(10)을 개방시키거나 차단시킬 수 있다. 이러한 전단 밸브(40)는 사용자에 의해 수동으로 제어될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 내부압력에 의해 기준압력에 따라 자동으로 제어될 수도 있다.

이에 초저온 액체 연료탱크의 내부압력이 낮아져 승압장치(1)의 작동이 필요할 경우에 전단 밸브(40)가 오픈될 수 있고, 내부압력이 일정 수준 높아졌을 경우 전단 밸브(40)가 차단되어 승압장치(1)의 작동이 정지되도록 할 수 있다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 초저온 액체 연료탱크용 승압장치는 자석 슬라이더를 통해 연료탱크 내부의 연료를 외부로 강제 이동시켜 열교환 작용으로 기화되도록 하여 연료를 기체 형태로 다시 내부로 주입시킴으로써, 빠른 시간에 내부압력을 상승시킬 수 있다.

또한 간단한 구조로 구현 가능하여 탱크 슈라우드 내에 설치 가능하고, 설치 용이성이 우수하며, 별도의 가스누설 방지장치 등의 설치를 최소화시킬 수 있다.

또한 연료탱크의 단열성능 저하를 줄일 수 있다.

이상, 본 발명의 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

1: 승압장치
10: 제1 승압이동관
20: 승압모듈
21: 실린더부
210: 실린더
210a: 상부공간
210b: 하부공간
2100: 공간분리돌출부
2101: 이탈방지돌출부
211: 하단 플러그
2110: 하단 연결관
2111: 하단 플러그몸체
2112: 하단 플러그삽입부
212: 상단 플러그
2120: 상단 연결관
2121: 상단 플러그몸체
2122: 상단 플러그삽입부
22: 자석 슬라이더
23: 플런저
24: 상단이동밸브
240: 상단밸브몸체
241: 상단밸브개방홀
242: 상단걸림부
243: 하단걸림부
25: 하단이동밸브
250: 제1 하단밸브몸체
251: 제2 하단밸브몸체
252: 제1 하단밸브개방홀
253: 제2 하단밸브개방홀
30: 제2 승압이동관
40: 전단 밸브

Claims (9)

1. 초저온 액체 연료탱크에 설치되어 내부압력이 낮아질 경우, 상기 초저온 액체 연료탱크 내의 연료를 이동시켜 기화시킨 후 다시 내부로 유입시켜 내부압력을 상승시키는 승압장치에 있어서,
   상기 초저온 액체 연료탱크 내부의 연료가 유입되어 이동되는 제1 승압이동관;
   상기 제1 승압이동관과 연결되어, 상기 제1 승압이동관으로부터 연료가 유입되고, 자석 슬라이더의 이동에 의해 연료를 이동시켜 기화가 이루어지도록 하는 승압모듈 및
   상기 승압모듈과 상기 초저온 액체 연료탱크에 연결되고, 상기 승압모듈로부터 유입되는 연료가 이동되며 기화되어 상기 초저온 액체 연료탱크 내부로 유입되도록 하는 제2 승압이동관를 포함하는 승압장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 승압이동관에 설치되어, 상기 초저온 액체 연료탱크의 내부압력에 따라 오픈 및 차단시킬 수 있는 전단 밸브를 더 포함하는 승압장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 승압모듈은,
   길이를 가지는 관통된 관 형상으로 형성되되 내부공간으로 상부에 위치하는 상부공간과 상기 상부공간과 연결되어 하부에 위치하는 하부공간이 형성되고, 하부와 상부에 각각 상기 제1 승압이동관과 제2 승압이동관이 연결되는 실린더부;
   상기 실린더부 외부에 설치되어, 상기 실린더부를 따라 상하 이동될 수 있는 자석 슬라이더;
   상기 상부공간에 설치되어, 상기 자석 슬라이더의 이동에 따라 상하 이동되는 플런저;
   상기 상부공간에 설치되어 상기 플런저의 이동에 따라 상하 이동되고, 상하 이동에 따라 차단 및 오픈되는 상단이동밸브 및
   상기 하부공간에 설치되어 상기 플런저의 이동에 따라 상하 이동되며, 상하 이동에 따라 오픈 및 차단되는 하단이동밸브를 포함하는 승압장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 승압모듈은,
   상기 자석 슬라이더가 상측으로 이동될 경우, 상기 플런저가 상측으로 이동됨에 따라 상기 상단이동밸브가 차단되어 상기 상부공간의 연료가 상기 제1 승압이동관으로 이동되고, 상기 하단이동밸브가 오픈되어 상기 하부공간의 연료가 상기 상부공간의 상기 상단이동밸브 하측으로 이동되며,
   상기 자석 슬라이더가 하측으로 이동될 경우, 상기 플런저가 하측으로 이동됨에 따라 상기 상단이동밸브가 오픈되어 상기 상단이동밸브 하측에 위치하는 연료가 상측으로 이동되고, 상기 하단이동밸브가 차단되는 것을 특징으로 하는 승압장치.
   
5. 제3항에 있어서,
   상기 실린더부는,
   길이를 가지는 관 형상으로 형성되되 상기 상부공간과 하부공간이 형성된 실린더;
   상기 실린더 하부에 삽입 고정되어, 상기 제1 승압이동관이 연결되며, 상기 하단이동밸브가 안착될 시 상기 하단이동밸브를 차단시키는 하단 플러그 및
   상기 실린더 상부에 삽입 고정되어, 상기 제2 승압이동관이 연결되는 상단 플러그를 포함하는 승압장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 실린더는,
   상기 상부공간과 하부공간 사이에 내면 둘레를 따라 내측으로 돌출되게 형성되어, 상기 하단이동밸브의 상측 이동을 제한하고, 상기 상단이동밸브의 하측 이동을 제한하는 공간분리돌출부 및
   외면 둘레를 따라 외측으로 돌출되게 형성되어, 상기 자석 슬라이더가 지지되고 이탈되지 않도록 하는 이탈방지돌출부를 포함하는 승압장치.
   
7. 제5항에 있어서,
   상기 하단 플러그는,
   상기 제1 승압이동관이 연결되는 하단 연결관;
   상기 하단 연결관 상측으로 형성되는 하단 플러그몸체 및
   상기 하단 플러그몸체 상측에 형성되어 상기 실린더에 삽입되고, 상기 하단이동밸브와 밀착되어 상기 하단이동밸브를 차단시킬 수 있는 하단 플러그삽입부를 포함하는 승압장치.
   
8. 제3항에 있어서,
   상기 상단이동밸브는,
   중공되되 상면이 막혀 있는 관 형상으로 형성되고, 상기 플런저보다 긴 길이를 가지는 상단밸브몸체;
   상기 상단밸브몸체 상측에 둘레를 따라 형성되어, 상기 플런저에 의해 상측으로 이동될 시 차단되고 하측으로 이동될 시 오픈되는 하나 이상의 상단밸브개방홀;
   상기 상단밸브몸체 상단에 둘레를 따라 외측으로 돌출되게 형성되어, 상기 플런저가 걸려 상측으로 같이 이동될 수 있도록 하는 상단걸림부 및
   상기 상단밸브몸체 하단에 외측으로 돌출되게 형성되어, 상기 플런저가 걸려 하측으로 같이 이동될 수 있도록 하는 하단걸림부를 포함하는 승압장치.
   
9. 제3항에 있어서,
   상기 하단이동밸브는,
   중공되어 상면이 막혀 있는 관 형상으로 형성되는 제1 하단밸브몸체;
   중공되어 하면이 막혀 있는 관 형상으로 형성되어 상기 제1 하단밸브몸체 상측으로 일체형으로 형성되되, 상기 제1 하단밸브몸체보다 넓이가 크게 형성되는 제2 하단밸브몸체;
   상기 제1 하단밸브몸체 상측에 둘레를 따라 형성되어, 상기 실린더부에 의해 하측으로 이동될 시 차단되고 상측으로 이동될 시 오픈되는 하나 이상의 제1 하단밸브개방홀 및
   상기 제2 하단밸브몸체 둘레를 따라 형성되어, 상기 제1 하단밸브개방홀이 오픈되면 상기 하부공간으로 이동되는 연료가 상기 상부공간으로 이동될 수 있도록 하는 제2 하단밸브개방홀을 포함하는 승압장치.