KR102635640B1 - 냉매 순환이 용이한 액화수소 저장탱크 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 냉매 순환이 용이한 액화수소 저장탱크에 관한 발명으로, 보다 상세하게는 액화수소를 저장하는 저장탱크의 형상을 도넛 형상으로 제조하여 저장탱크의 운송을 용이하게 하고, 진공층을 형성하여 저장탱크의 견고함과 무게를 줄일 수 있으며, 제2 탱크부가 제1 탱크부를 감싸는 형상을 통해 액화수소의 온도 유지 성능이 향상되며, 다수의 유로를 확보하여 냉매 순환성을 증대시킬 수 있으며, 코팅층을 통해 단열성의 향상되는 것을 특징으로 하고 있다.
Description
본 발명은 냉매 순환이 용이한 액화수소 저장탱크에 관한 발명으로, 보다 상세하게는 액화수소를 저장하는 저장탱크의 형상을 도넛 형상으로 제조하여 저장탱크의 운송을 용이하게 하고, 진공층을 형성하여 저장탱크의 견고함과 무게를 줄일 수 있으며, 제2 탱크부가 제1 탱크부를 감싸는 형상을 통해 액화수소의 온도 유지 성능이 향상되며, 다수의 유로를 확보하여 냉매 순환성을 증대시킬 수 있으며, 코팅층을 통해 단열성의 향상되는 것을 특징으로 하고 있다.
수소연료는 지구 상에서 탄소와 질소 다음으로 가장 풍부한 원소일 뿐만 아니라, 연소 시에 극히 미량의 질소산화물만을 생성시킬 뿐 다른 공해물질은 전혀 배출하지 않는 깨끗한 에너지원이다. 또한, 지구 상에서 존재하는 풍부한 양의 물을 원료로 하여 만들어낼 수 있으며, 사용 후에도 다시 물로 재순환되기 때문에 고갈의 우려가 없는 최적의 대체 에너지원이라 할 수 있다.
이러한 수소연료를 이용하기 위한 가장 중요한 과제는 수소의 저장 방법이다. 수소의 저장방법으로는 수소 기체를 압축시켜 저장하는 방법, 액화시켜 저장하는 방법, 수소저장합금을 이용하여 저장하는 방법 등이 있다.
특히, 액화수소의 경우 기화수소에 비해 약 800도의 압축 성능을 갖는 것으로, 수소 탱크의 크기, 운반 용이성, 경제성 등을 고려할 때 액화수소를 통해 저장하는 방법이 최근에는 다수 활용되고 있다.
이때, 액화수소는 액화온도가 -253도이며, 온도가 상승하는 경우 기화가 되므로, 액화수소 저장탱크는 액화수소의 기화를 방지하기 위해 특정 온도를 유지하여야 하며, 저장탱크의 단열이 필수적으로 이루어져야 한다.
대한민국 등록특허 제10-2144518호는 액화수소 저장장치에 관한 발명으로, 액화수소 저장탱크의 일 예를 도시하고 있다. 그러나, 대한민국 등록특허 제10-2144518호와 같은 일반적인 탱크 형태의 경우, 수소 탱크의 부피가 커 운반이 어려운 한계점이 있으며, 액화수소의 온도가 지점마다 상이한 불균일성이 있으며, 단열 효과가 미비한 한계점이 있다.
본 발명은 냉매 순환이 용이한 액화수소 저장탱크에 관한 발명으로, 보다 상세하게는 액화수소를 저장하는 저장탱크의 형상을 도넛 형상으로 제조하여 저장탱크의 운송을 용이하게 하고, 진공층을 형성하여 저장탱크의 견고함과 무게를 줄일 수 있으며, 제2 탱크부가 제1 탱크부를 감싸는 형상을 통해 액화수소의 온도 유지 성능이 향상되며, 다수의 유로를 확보하여 냉매 순환성을 증대시킬 수 있으며, 코팅층을 통해 단열성의 향상되는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에 따른 냉매 순환이 용이한 액화수소 저장탱크는 액화수소가 저장되되, 중공부가 형성된 도넛 형상의 제1 탱크부; 및 냉매가 저장되며, 중공부가 형성된 도넛 형상이되, 상기 제1 탱크부를 감싸는 제2 탱크부;를 포함하고, 상기 제2 탱크부는, 상기 제1 탱크부의 외면을 상부에서 감싸는 제2-1 탱크부; 및 상기 제1 탱크부의 외면을 하부에서 감싸는 제2-2 탱크부;를 포함하고, 상기 제2-1 탱크부에는 하방으로 돌출되는 가압부가 형성되고, 상기 제2-2 탱크부에는 틸팅 가능한 틸팅부가 형성되고, 상기 가압부의 하부에는 수직 방향으로 돌출되는 가압핀이 형성되고, 상기 틸팅부에는 상기 틸팅부와 별개로 틸팅 가능한 보조 틸팅부가 형성되고, 상기 가압부가 하강하여 상기 틸팅부를 틸팅시킬 때, 상기 가압핀이 상기 보조 틸팅부를 틸팅시킨다.
또한, 본 발명에 따른 냉매 순환이 용이한 액화수소 저장탱크의 상기 가압부는 소정의 경사를 지니며, 경사진 면을 따라 상기 가압핀이 형성된다.
또한, 본 발명에 따른 냉매 순환이 용이한 액화수소 저장탱크의 상기 가압핀은 복수 개 형성되며, 상기 경사진 면을 따라 소정의 간격을 두고 이격되도록 배치된다.
또한, 본 발명에 따른 냉매 순환이 용이한 액화수소 저장탱크는 상기 제2-1 탱크부의 외면의 일 지점에 형성되되, 홈이 형성되는 수용부; 및 상기 제2-2 탱크부의 외면의 일 지점에 형성되되, 상기 홈에 삽입되는 고정부;를 포함하고, 상기 수용부의 상측의 일 지점에 관통된 홀;이 형성되고, 상기 고정부의 상측의 일 지점에 돌출된 핀;이 형성되고, 상기 제2-1 탱크부의 하부와 상기 제2-2 탱크부의 상부가 맞닿을 때, 상기 고정부가 상기 수용부에 삽입됨과 동시에 상기 핀이 상기 홀에 삽입된다.
또한, 본 발명에 따른 냉매 순환이 용이한 액화수소 저장탱크의 상기 제2 탱크부의 내측에 진공층이 형성된다.
본 발명에 따르면, 도넛 형상으로 저장탱크를 구현하여 액화수소의 수송성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 액화수소가 저장된 제1 탱크부를 냉매가 저장된 제2 탱크부가 감싸는 구조를 형성하여 열교환 효율을 극대화할 수 있다.
또한, 진공층을 형성하여 원가 절감 및 무게를 절감시킬 수 있다.
또한, 제1 탱크부와 제2 탱크부의 냉매 저장 공간을 연통하도록 하여 열교환 효율을 극대화할 수 있다.
또한, 수용부 및 고정부의 구성을 통해 제1 탱크부와 제2 탱크부의 결합 지지성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 다수의 유로를 확보하여 냉매 순환성을 증대시킬 수 있다.
또한, 단열 코팅층의 구성으로 단열 효과가 극대화되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 액화수소 저장탱크의 외관을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 액화수소 저장탱크의 단면의 일부를 도시한 것이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 액화수소 저장탱크의 제2-1 탱크부와 제2-2 탱크부의 결합 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 수용부 및 고정부의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 액화수소 저장탱크의 수송 예를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 틸팅부 및 가압부를 확대하여 도시한 것이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 가압핀이 보조 틸팅부를 가압하는 과정을 도시한 것이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 보조 틸팅부 전체가 틸팅된 형상을 도시한 것이다.
도 13은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 가압핀 및 보조 틸팅부를 확대하여 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 액화수소 저장탱크의 단면의 일부를 도시한 것이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 액화수소 저장탱크의 제2-1 탱크부와 제2-2 탱크부의 결합 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 수용부 및 고정부의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 액화수소 저장탱크의 수송 예를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 틸팅부 및 가압부를 확대하여 도시한 것이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 가압핀이 보조 틸팅부를 가압하는 과정을 도시한 것이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 보조 틸팅부 전체가 틸팅된 형상을 도시한 것이다.
도 13은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 가압핀 및 보조 틸팅부를 확대하여 도시한 것이다.
이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 통상의 기술자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 본 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시 예들뿐 만 아니라 특정 실시 예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 또한 이러한 균등물들은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 소자를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 액화수소 저장탱크의 외관을 도시한 것이며, 도 2는 본 발명에 따른 액화수소 저장탱크의 단면의 일부를 도시한 것이다. 이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 액화수소 저장탱크의 구성 및 효과를 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 액화수소 저장탱크(10)는 제1 탱크부(100) 및 제2 탱크부(200, 300)를 포함한다.
제1 탱크부(100)는 중공부(h)가 형성된 도넛 형상인 것이 바람직하다. 제1 탱크부(100)는 소정의 두께는 지니며, 내부에 액화수소(1)를 저장한다. 액화수소(1)의 유출입을 위해 일 예로 밸브(미도시)가 형성될 수 있다.
제2 탱크부(200, 300)는 중공부(h)가 형성된 도넛 형상인 것이 바람직하다. 또한, 제2 탱크부(200, 300)에는 냉매가 저장된다. 이때, 제2 탱크부(200, 300)가 제1 탱크부(100)를 감싸고 있는 구조가 형성되므로, 제2 탱크부(200, 300)에 저장된 냉매가 제1 탱크부(100)에 저장된 액화수소(1)와의 열교환을 통해 액화수소(1)의 온도가 일정 온도 이하로 유지되도록 할 수 있다.
냉매의 유출입을 위해 일 예로 밸브(미도시)가 형성될 수 있다.
제2 탱크부는 제2-1 탱크부(200)와 제2-2 탱크부(300)로 구분된다. 제2-1 탱크부(200)는 제1 탱크부(100)의 외면을 상부에서 감싸는 형상이며, 제2-2 탱크부(300)는 제1 탱크부(100)의 외면을 하부에서 감싸는 형상이다.
이때, 바람직하게는 제1 탱크부(100)의 중심부를 포함하는 길이 방향 및 폭 방향이 이루는 가상의 평면을 기준으로 제2-1 탱크부(200)는 가상의 평면의 상부에 위치되는 것이 바람직하며, 제2-2 탱크부(300)는 가상의 평면의 하부에 위치되는 것이 바람직하다.
이하에서는, 제2-1 탱크부(200)를 상세히 설명하도록 한다.
제2-1 탱크부(200)는 중공부(h)가 형성되어 있으며, 제2-1 내벽(210), 제2-1 외벽(230), 제2-1 진공벽(220) 및 제2-1 지지벽(240)을 포함한다.
제2-1 내벽(210)은 제1 탱크부(100)의 외면의 형상을 따라 함몰되는 것이 바람직하다. 일 예로, 단면이 반달 형상의 그루브가 형성되는 것이다. 이로 인해, 제1 탱크부(100)와 제2-1 내벽(210)이 밀착되어 제1 탱크부(100)와 제2-1 탱크부(200)의 결합이 견고해지는 효과가 있으며, 접촉 면적이 최대화되므로 냉매와 액화수소(1)와의 열교환 효율이 증대되는 장점이 있다.
제2-1 외벽(230)은 제2-1 탱크부(200)의 외면을 구축하며, 라운드진 것이 바람직하다. 이때, 제2-1 내벽(210)과 제2-1 외벽(230) 사이에 제2-1 지지벽(240)이 형성된다. 제2-1 지지벽(240)은 후술할 제2-2 지지벽(340)과 맞닿으며, 이에 관한 내용은 상세히 후술하도록 한다.
제2-1 진공벽(220)은 제2-1 외벽(230)과 제2-1 내벽(210) 방향으로 소정의 간격을 두고 이격되어 형성되며, 미도시 된 지지부재를 통해 제2-1 진공벽(220)이 구축될 수 있다.
이때, 제2-1 진공벽(220)과 제2-1 외벽(230) 사이에 공간이 형성되며, 해당 공간은 진공이 형성되어 본 발명에 따른 액화수소 저장탱크에 진공층이 형성되는 것이 바람직하다. 이로 인해, 제2-1 외벽(230)과 제2-1 진공벽(220)이 형성하는 공간만큼의 두께로 저장탱크의 두께가 구축되어야 하나, 제2-1 외벽(230)과 제2-1 진공벽(220)의 두께를 줄이고, 해당 공간에 진공층을 형성하게 되므로 저장탱크를 제조하는데 소요되는 원가(예컨대, Steel 원가)를 절감할 수 있다. 또한, 저장탱크의 무게를 기존에 비해 약 1/10 가량 줄일 수 있어 액화수소 저장탱크의 수송 효율이 극대화되며 안전성이 증대되는 장점이 있다.
제2-1 내벽(210), 제2-1 진공벽(220), 제2-1 지지벽(240)의 구성으로 인해 내부에 공간(2a)이 형성되며, 해당 공간(2a)에는 냉매가 저장될 수 있다.
이하에서는, 제2-2 탱크부(300)를 상세히 설명하도록 한다.
제2-2 탱크부(300)는 중공부(h)가 형성되어 있으며, 제2-2 내벽(310), 제2-2 외벽(330), 제2-2 진공벽(320) 및 제2-2 지지벽(340)을 포함한다.
제2-2 내벽(310)은 제1 탱크부(100)의 외면의 형상을 따라 함몰되는 것이 바람직하다. 일 예로, 단면이 반달 형상의 그루브가 형성되는 것이다. 이로 인해, 제1 탱크부(100)와 제2-2 내벽(310)이 밀착되어 제1 탱크부(100)와 제2-2 탱크부(300)의 결합이 견고해지는 효과가 있으며, 냉매와 액화수소(1)와의 열교환 효율이 증대되는 장점이 있다.
전술한 제2-1 내벽(210)과 제2-2 내벽(310)이 제1 탱크부(100)의 외면을 모두 감싸는 구조가 형성되므로, 열교환 면적이 증대되므로 냉매와 액화수소(1)와의 열교환 효율이 극대화된다. 따라서, 종래의 수소 탱크의 특정 지점에 위치된 액화 수소가 온도 유지가 용이하지 않은 불균일성의 문제점을 해소할 수 있는 장점이 있다.
제2-2 외벽(330)은 제2-2 탱크부(300)의 외면을 구축하며, 라운드진 것이 바람직하다. 이때, 제2-2 내벽(310)과 제2-2 외벽(330) 사이에 제2-2 지지벽(340)이 형성된다. 제2-2 지지벽(340)은 전술한 제2-1 지지벽(240)과 맞닿게 된다.
제2-2 진공벽(320)은 제2-2 외벽(330)과 제2-2 내벽(310) 방향으로 소정의 간격을 두고 이격되어 형성되며, 미도시 된 지지부재를 통해 제2-2 진공벽(320)이 구축될 수 있다.
이때, 제2-2 진공벽(320)과 제2-2 외벽(330) 사이에 공간이 형성되며, 해당 공간은 진공이 형성되어 본 발명에 따른 액화수소 저장탱크에 진공층이 형성되는 것이 바람직하다. 이로 인해, 제2-2 외벽(330)과 제2-2 진공벽(320)이 형성하는 공간만큼의 두께로 저장탱크의 두께가 구축되어야 하나, 제2-2 외벽(330)과 제2-2 진공벽(320)의 두께를 줄이고, 해당 공간에 진공층을 형성하게 되므로 저장탱크를 제조하는데 소요되는 원가를 절감할 수 있음과 동시에, 저장탱크의 무게를 줄일 수 있어 액화수소 저장탱크의 수송 효율이 극대화되는 장점이 있다.
따라서, 제1 탱크부(100)를 중심으로, 제2 탱크부(200)의 최외각에 진공층이 형성되어 있는 구조가 형성된다.
제2-2 내벽(310), 제2-2 진공벽(320), 제2-2 지지벽(340)의 구성으로 인해 내부에 공간(2b)이 형성되며, 해당 공간(2b)에는 냉매가 저장될 수 있다.
따라서, 제1 탱크부(100)를 중심으로, 공간(2a, 2b)에 저장된 냉매가 제1 탱크부(100)에 저장된 액화수소(1)를 감싸고 있는 구조가 형성된다.
따라서, 전술한 구성을 종합하면, 액화수소(1)를 저장하고 있는 저장탱크가 중공부(h)를 지닌 도넛 형상이므로, 저장탱크의 수송성이 향상되는 효과가 있다. 우선 종래의 수송탱크에 비해 절대적인 부피를 줄일 수 있어 원가 절감 및 운송 편의성이 증대되는 장점이 있다.
또한, 일 예로, 도 8은 본 발명에 따른 액화수소 저장탱크의 수송 예를 도시한 것으로, 도 8과 같이 수송기구(30)의 일 지점에 형성된 바(20)가 액화수소 저장탱크의 중공부(h)를 관통하도록 하여 복수 개를 삽입하면, 수송 중 액화수소 저장탱크가 바(20)에 의해 지지되어 수송 안전성이 극대화되는 장점이 있다.
또한, 액화수소 저장탱크를 고정하기 위한 별도의 장치가 구현될 필요가 없으므로, 수송 비용을 절감할 수 있으며, 바(20)에 삽입하고 탈거하는 작업만으로 액화수소 저장탱크의 수송을 행할 수 있으므로 작업 편의성이 극대화되는 장점이 있다.
일 실시 예에서는 제2-1 탱크부(200)의 냉매 저장 공간(2a)과 제2-2 탱크부(300)의 냉매 저장 공간(2b)은 각각 제2-1 지지벽(240) 및 제2-2 지지벽(340)에 의해 상호 교환되지 않는 한계점이 있다. 이에, 본 발명의 다른 실시 예에서는 각 냉매 저장 공간에 저장된 냉매가 상호 교류하여 순환할 수 있도록 하여 냉매와 액화수소(1)와의 열교환 효율을 극대화할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 액화수소 저장탱크를 설명하도록 한다. 도 3 내지 도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 액화수소 저장탱크의 제2-1 탱크부와 제2-2 탱크부의 결합 구조를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 액화수소 저장탱크는 일 실시 예에 따른 액화수소 저장탱크의 구성을 모두 포함하되, 가압부(241) 및 틸팅부(341, 342)의 구성을 더 포함한다.
가압부(241)는 제2-1 탱크부(200)에 형성되며, 틸팅부(341, 342)는 제2-2 탱크부(300)에 형성된다. 또한, 가압부(241) 및 틸팅부(341, 342)는 복수 개 형성될 수 있다.
먼저, 가압부(241)를 설명하도록 한다. 가압부(241)는 제2-1 탱크부(200)의 제2-1 지지벽(240)의 일 지점에 형성된다.
가압부(241)의 일단부는 제2-1 지지벽(240)의 일 지점에서 수직 방향으로 소정의 높이(t1)를 가지도록 하방으로 돌출되며, 가압부(241) 전체는 소정의 경사를 지녀 돌출된 일단부의 맞은 편인 타단부는 제2-1 탱크부(200)의 냉매가 저장되는 공간(2a)에 위치되는 것이 바람직하다. 도 3에서는, 설명의 편의 상, 제2-1 지지벽의 하부에 위치된 가압부의 도면부호를 '2411'로, 상부에 위치된 가압부의 도면부호를 '2412'로 표기하였다.
이때, 돌출된 일단부의 맞은 편인 타단부는 제2-1 탱크부(200)의 제2-1 지지벽(240)과 수직 방향으로 소정의 높이(t2)를 지니도록 상방으로 돌출되게 된다. 이때, 가압부(241)의 일단부는 제2-1 지지벽(240)과 연장 형성되는 것이 바람직하며, 가압부(241)의 타단부는 제2-1 지지벽(240)과 중공부를 형성하도록 연장 형성되지 않는 것이 바람직하다. 이로 인해, 가압부(241)의 타단부와 제2-1 지지벽(240) 사이의 중공부가 냉매가 순환할 수 있는 유로 역할을 하는 것이다. 이에 관한 내용은 상세히 후술하도록 한다.
다음으로, 틸팅부(341, 342)를 설명하도록 한다. 틸팅부(341, 342)는 제2-2 탱크부(300)의 제2-2 지지벽(340)의 일 지점에 형성되며, 일 지점에 중공부가 형성되어 해당 중공부 내에 틸팅부(341, 342)가 위치된다. 일 예로, 도 5와 같은 형태로 틸팅부(341, 342)가 구성될 수 있다.
이때, 틸팅부(341, 342)는 회전축(341) 및 날개(342)로 구성된다. 회전축(341)은 길이 방향 및 폭 방향으로 구성되는 평면 방향으로 연장 형성되며, 날개(342)가 결합된다. 날개(342)는 한 쌍(3421, 3422)으로 형성되는 것이 바람직하며, 회전축(341)의 양 측에 한 쌍의 날개(3421, 3422)가 결합된다. 회전축(341)을 중심으로 날개(342)는 틸팅 가능하게 되는 구조가 형성된다.
제2-1 탱크부(200)와 제2-2 탱크부(300)를 결합하기 전에는 도 3과 같은 저장탱크의 단면이 형성되며, 제2-1 탱크부(200)와 제2-2 탱크부(300)를 결합하여 제2-1 지지벽(240)과 제2-2 지지벽(340)이 맞닿게 되면, 도 4와 같은 형태의 저장탱크의 단면이 형성된다.
가압부(241)의 돌출된 일단부 및 그 근방의 가압부(2411)는 제2-1 탱크부(200)가 제2-2 탱크부(300)와의 결합을 위해 제1 탱크부(100)를 감싸면서 하강하는 경우, 한 쌍의 날개 중 수직 방향으로 마주보는 날개(도 4를 기준으로, 도면부호 3421번)를 가압하게 되고, 날개(3421)는 제2-2 탱크부(300)에 형성된 냉매가 저장되는 공간(2b)으로 틸팅하게 된다.
이와 반대급부로 나머지 날개(도 4를 기준으로, 도면부호 3422번)는 제2-1 탱크부(200)에 형성된 냉매가 저장되는 공간(2a)으로 틸팅하게 된다.
이때, 날개(3422)는 가압부(241)의 타단부 근방의 가압부(2412)에 의해 지지되며, 상방으로 틸팅 이동이 제한되어 유로가 좁아지거나 하는 등의 문제를 미연에 방지할 수 있는 구조가 형성된다.
위와 같은 동작으로 인해, 제2-2 지지벽(340) 및 제2-1 지지벽(240)이 연통되며, 유로가 형성되어 냉매가 제2-1 탱크부(200) 및 제2-2 탱크부(300)에 형성된 냉매 저장 공간(2a, 2b)을 모두 순환할 수 있는 구조가 형성된다. 따라서, 열교환 효율이 증대된다. 이때, 작업자는 제2-1 탱크부(200)와 제2-2 탱크부(300)의 결합 이후 냉매를 투입하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 제2-1 탱크부(200)와 제2-2 탱크부(300)가 별도로 분리되어 있으며, 제1 탱크부(100)를 감싸면서 상호 간 결합하는 구조이므로 결합 전부터 상호 간 냉매 유로를 연통할 수 없는 구조적 한계가 있다. 그러나, 결합 이후에는 가압부(241)가 틸팅부(341, 342)를 가압하여 냉매가 순환할 수 있도록 유로를 형성함 동시에, 그 외의 부분에는 제2-1 지지벽(240) 및 제2-2 지지벽(340)이 상호 맞닿아 냉매의 유출을 최소화할 수 있도록 기밀성이 확보되는 장점이 있다.
또한, 유로를 확보하기 위한 작업자의 별도의 작업 없이도, 제2-1 탱크부(200) 및 제2-2 탱크부(300)를 맞닿게 하는 것만으로도 유로가 형성되므로 작업 편의성이 향상되는 장점이 있다.
덧붙여, 작업자는 제2-2 탱크부(300)를 배치하고, 제1 탱크부(100)를 배치한 뒤, 제2-1 탱크부(200)를 제2-2 탱크부(300)의 상부에 배치하는 것만으로도 수소탱크를 조립할 수 있으므로, 조립 용이성이 향상되는 장점이 있으며, 해체 또한 용이한 장점이 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 수용부 및 고정부의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
수용부(250)는 제2-1 탱크부(200)의 외면의 일 지점에 형성된다. 제2-1 탱크부(200)의 외면의 일 지점에서 돌출되어 형성되며, 내부에 홈(251)이 형성된다. 또한, 수용부(250)의 상측의 일 지점에는 홀(252)이 형성되며, 한 쌍으로 형성되는 것이 바람직하다.
고정부(350)는 제2-2 탱크부(300)의 외면의 일 지점에 형성된다. 수직 방향으로 연장 형성되며, 상측 단부에 핀(351)이 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 핀(351)은 한 쌍으로 형성되는 것이 바람직하다.
이때, 제2-1 탱크부(200)와 제2-2 탱크부(300)가 맞닿을 때, 고정부(350)가 수용부(250)에 삽입되도록 위치되는 것이 바람직하다. 또한, 고정부(350)가 수용부(250)에 형성된 홈(251)에 삽입 시, 고정부(350)에 형성된 핀(351)이 수용부(250)에 형성된 홀(252)에 삽입 및 관통되는 것이 바람직하다(도 7 참조).
위와 같은 구조로 인해, 제2-1 탱크부(200)와 제2-2 탱크부(300)의 결합 시, 결합이 견고해지는 장점이 있으며, 특히, 고정부(350)가 수용부(250)에 삽입되어 1차 고정됨과 동시에, 핀(351)이 홈(251)에 삽입되는 2차 고정이 이루어져 다단의 고정 효과를 부여하는 장점이 있다.
도 9는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 틸팅부 및 가압부를 확대하여 도시한 것이다. 이하, 도 9를 참조하여, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 틸팅부 및 가압부의 구성 및 효과를 설명하도록 한다.
본 발명의 제3 실시 예는 가압핀(242) 및 보조 틸팅부(343)가 추가로 형성된다.
가압핀(242)는 가압부(241)의 하부에 형성된다. 좀 더 상세하게는 가압핀(242)은 가압부(241)의 경사진 면에서 수직 방향의 하부로 연장 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 후술하겠지만, 가압핀(242)이 하강 시 보조 틸팅부(343)의 보조 날개(3432)의 일측과 맞닿도록 설계되는 것이 바람직하다.
또한, 가압핀(242)은 복수 개 형성되는 것이 바람직하다. 복수 개의 가압핀(242)은 가압부(241)의 경사진 면을 따라 소정의 간격을 두고 길이 방향으로 이격되어 형성되며, 각각 후술할 복수 개의 보조 틸팅부(343)의 보조 날개(3432)를 각각 가압하게 된다.
보조 틸팅부(343)는 전술한 틸팅부(341, 342)에서 틸팅부(341, 342)와 독립적으로 틸팅하도록 틸팅부(341, 342)에 형성된 것이 바람직하다.
보조 틸팅부(343)는 보조 회전축(3431) 및 보조 날개(3432)를 포함하는 것이 바람직하다. 보조 날개(3432)는 한 쌍(3432a, 3432b)으로 형성되는 것이 바람직하며, 보조 회전축(3431)의 양 측에 한 쌍의 보조 날개(3432a, 3432b)가 결합된다. 보조 회전축(3431)을 중심으로 보조 날개(3432)는 틸팅 가능하게 되는 구조가 형성된다.
보조 틸팅부(343)는 틸팅부(341, 342)에 복수 개 형성되는 것이 바람직하며, 각각 전술한 가압핀(242)과 맞닿도록 설계된 것이 바람직하다. 좀 더 상세하게는, 수직 방향의 연장선 상에 가압핀(242) 및 이에 대응되는 보조 틸팅부(343)가 위치되는 것이 바람직하며, 어느 하나의 보조 틸팅부(343)의 한 쌍의 보조 날개(3432) 중 어느 하나의 보조 날개가 가압핀(242)과 맞닿는 것이 바람직하다. 이러한 구조로 인해, 가압핀(242)이 하강하여 보조 틸팅부(343)와 맞닿는 경우, 보조 틸팅부(343)의 보조 회전축(3431)을 중심으로 보조 날개(3432) 전체가 틸팅이 가능한 구조가 형성된다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 가압핀이 보조 틸팅부를 가압하는 과정을 도시한 것이다.
이때, 가압부(241)의 경사가 시작되는 수직 방향의 최하단 지점은 복수 개의 가압핀(242)보다 수직 방향의 하부에 위치되는 것이 바람직하다. 따라서, 제2-1 탱크부가 하강함에 따라, 가압부(241)가 하강하는 경우, 가압핀(242)이 보조 틸팅부(343)에 맞닿기 전 가압부(241)가 틸팅부(341, 342)의 날개(3421)가 먼저 맞닿게 되며, 이로 인해, 틸팅부(341, 342) 전체가 회전축(341)을 중심으로 회전한 뒤에 가압핀(242)이 보조 틸팅부(343)와 맞닿게된다.
틸팅부(341, 342) 전체가 회전한 뒤에 보조 틸팅부(343)가 틸팅하게 되어야 보조 틸팅부(343)가 가압핀(242)에 의해 원활하게 틸팅될 수 있어 제3 실시 예의 전체 틸팅 구조가 완성될 수 있게 되는 것이다.
도 10과 같이, 날개(3421)가 틸팅된 상태에서, 가압핀(242)이 보조 틸팅부(343)의 한 쌍의 보조 날개(3432) 중 어느 하나의 보조 날개(3432a)를 가압하게 되고, 도 10과 같이 보조 날개(3432) 전체가 보조 회전축(3431)을 중심으로 틸팅하게 된다.
도 11을 참조하면, 이러한 틸팅으로 인해, 가압부(241)와 틸팅부(341, 342) 사이에 다른 실시 예와는 달리 추가적인 유로가 형성된다. 추가로 형성된 유로를 통해 냉매가 제2-1 탱크부와 제2-2 탱크부 사이를 순환할 수 있게 되어 다른 실시 예보다 냉매 순환 효율이 극대화되는 장점이 있다.
이때, 가압핀(342)이 맞닿지 않은 보조 날개(3432b)는 가압부(241)의 경사진 면과 맞닿아 지지되며, 이러한 지지 구조가 형성됨으로 인해, 보조 날개(3432b)와 틸팅부의 날개(3421) 간 간극이 유지될 수 있다. 즉, 닫히지 않고 유로를 지속적으로 형성하여 냉매 순환 효율을 향상시킬 수 있는 것이다.
이때, 한 쌍의 보조 날개(3432) 및 틸팅부의 날개(342)의 경사는 설명의 편의를 위해 도 10 내지 도 12와 같이 표현한 것으로, 실제 결합 시의 경사와는 일부 차이가 있을 수 있다.
도 12는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 보조 틸팅부 전체가 틸팅된 형상을 도시한 것으로, 도시된 바와 같이, 다른 실시 예에 따른 유로 외에 추가적인 유로가 형성되어 냉매 순환 효율이 극대화되는 것이다. 이때, 도 12에 도시된 가압핀의 길이는 도 10 및 도 11의 가압핀의 길이와 일부 상이하게 표현되었으나, 이는 설명의 편의를 위한 것이다.
도 13은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 가압핀 및 보조 틸팅부를 확대하여 도시한 것으로, 제4 실시 예는 제3 실시 예의 구성을 모두 포함하되, 가압핀(242) 및 보조 틸팅부(343)의 형상이 일부 변경되는 것이다.
제4 실시 예에 따르면, 가압핀(242)의 하부 단부에는 라운드 진 부분(2421)이 형성되는 것이 바람직하며, 이와 마주보는 위치의 보조 틸팅부(343)의 한 쌍의 보조 날개(3432) 중 어느 하나의 보조 날개(3432a)에는 라운드 진 함몰홈(G)이 형성되는 것이 바람직하다. 가압핀(242)이 수직 방향으로 하강하여 함몰홀(G)가 맞닿게 되면, 보조 회전축(3431)을 중심으로 한 쌍의 보조 날개(3432)가 틸팅하게 된다. 이때, 함몰홈(G)에 가압핀(242)의 하부 단부가 수용되는 구조로 인해, 가압핀(242)이 보조 날개(3432a)로부터 미끌려 틸팅이 원활이 되지 않는 문제를 사전에 차단할 수 있으며, 라운드 진 형상을 통해 마모를 최소화할 수 있어 수명을 연장할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 제5 실시 예에 따르면, 제2 탱크부(200, 300)의 외면에는 단열 코팅층이 형성된 것이 바람직하다. 이로 인해, 종래의 단열재 사용보다 단열 효과를 극대화되는 장점이 있다.
바람직하게는, 제2 탱크부(200, 300)의 표면은 수계 용매, 고분자 수지, 에어로겔, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 단열 코팅 조성물로 코팅된 것이다:
[화학식 1]
[화학식 2]
여기서,
m 및 n은 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 1 내지 20의 정수이다.
구체적으로, 상기 수계 용매는 메틸알코올, 에틸알코올, 프로필알코올, n-부틸알코올, iso-부틸알코올, tert-부틸알코올, 물, 에틸아세테이트 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
한편, 상기 고분자 수지는 최종적으로 제조되는 단열 코팅층에서 요구되는 물성 등을 고려하여 선택될 수 있으며, 상기 고분자 수지의 구체적인 예로는 폴리이미드, 폴리이미드아미드, 실리콘 수지, 폴리아미드, 폴리테트라 플루오로알킬렌, 폴리에틸렌니트릴, 폴리에테르설폰, 폴리 (메타)아크릴레이트 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 상기 고분자 수지는 3,000 내지 300,000의 중량평균분자량을 갖는 것이다. 보다 구체적으로, 상기 고분자 수지는 상기 수계 용매에 분산된 것일 수 있다.
한편, 상기 에어로겔은 이전에 알려진 통상적인 에어로겔을 사용할 수 있으며, 보다 구체적으로, 규소 산화물, 탄소, 폴리이미드, 금속 카바이드 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물을 포함할 수 있으며, 상기 에어로겔은 100㎤/g 내지 1,000 ㎤/g의 비표면적을 갖을 수 있다.
구체적으로, 단열 코팅 조성물의 구성으로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 경우, 상기 단열 코팅 조성물 내에서 상기 고분자 수지와 에어로겔의 상용성 및 분산성이 향상되어 최종적으로 형성되는 단열 코팅층이 균일한 물성을 나타낼 수 있다. 더 나아가, 상기 고분자 수지에 상기 에어로겔이 균일하게 분산됨에 따라 단열 코팅 조성물로부터 형성되는 단열 코팅층이 보다 낮은 열전도도 및 높은 열용량을 구현하여 결과적으로 높은 단열성능을 나타낼 수 있다.
더 나아가, 상기 화학식 1 및 화학식 2로 표시되는 화합물에 포함되는 특정 작용기에 의하여, 본 발명 단열 코팅 조성물로부터 형성되는 단열 코팅층이 우수한 기계적 강도 및 내열성 등을 나타낼 수 있을 뿐만 아니라, 제2 탱크부(200, 300)에 대한 높은 접착력을 나타낼 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 단열 코팅 조성물은 수계 용매 100 중량부에 대하여, 고분자 수지 40 내지 60 중량부, 에어로겔 40 내지 60 중량부, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 10 내지 30 중량부 및 상기 화학식 2로 표시되는 화합물 10 내지 30 중량부를 포함할 수 있다.
상기 중량 범위에 의하는 경우, 각 유효성분의 혼합에 따른 상승 효과로 상기 단열 코팅 조성물로 형성된 코팅층의 단열성 및 접착력이 극대화될 수 있다.
한편, 상기 중량 범위 미만이거나, 상기 중량 범위를 초과하는 경우, 목적하는 상기 효과가 미미할 수 있다.
제조예
단열 코팅 조성물의 제조
에틸 알코올에 분산된 다공성 실리카 에어로겔(비표면적 약 500㎤/g), 수계 용매 메틸에틸케톤(MEK)에 분산된 실리콘 고분자 수지, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 반응기에 주입하고, 교반(mechanical stirrer) 장치를 사용하여 약 60℃의 온도 및 상압 조건에서 300 내지 500rpm의 속도로 혼합하여, 단열 코팅 조성물을 제조하였다:
[화학식 1]
[화학식 2]
여기서,
m은 6이며, n은 12이다.
상기 단열 코팅 조성물에 포함되는 각 유효성분의 중량 범위는 하기 표 1과 같다.
| T1 | T2 | T3 | T4 | T5 | |
| 수계 용매 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 실리콘 수지 | 35 | 40 | 50 | 60 | 65 |
| 다공성 실리카 에어로겔 | 35 | 40 | 50 | 60 | 65 |
| 화학식 1로 표시되는 화합물 | 5 | 10 | 20 | 30 | 35 |
| 화학식 2로 표시되는 화합물 | 5 | 10 | 20 | 30 | 35 |
(단위 중량부)
단열 코팅층의 제조
상기 제조된 단열 코팅 조성물 T1을 스프레이 코팅 방식으로 스테인리스강 시편에 도포하고, 150℃에서 10분 간 1차 반건조를 진행한 후, 상기 단열 코팅 조성물(T1)을 재도포하고 150℃에서 10분 간 2차 반건조를 진행하였다. 상기 2차 건조 이후, 상기 단열 코팅 조성물(T1)을 재차 도포하고, 250℃에서 60분 간 완전 건조를 진행하여 단열 코팅층(실시예 1)을 형성하였다.
상기 T2 내지 T5를 상기와 동일한 방식으로 코팅하여, 각각 실시예 2 내지 5의 단열 코팅층을 형성하였다.
실험예
1) 열전도도 측정
상기 단열 코팅층이 형성된 스테인리스강 시편에 대하여, ASTM E1461에 의거하여 상온 및 상압 조건에서 레이저플레시법을 이용하고, 열확산 측정 방법으로 열전도도를 측정하였다.
2) 열용량 측정
상기 단열 코팅층이 형성된 스테인리스강 시편에 대하여, ASTM E1269에 의거하여 상온 조건에서 DSC 장치를 이용하여 사파이어를 레퍼런스로 하여 비열을 측정함으로써 열용량을 확인하였다.
3) 박리 강도 측정
ISO 20502 기준에 의거하여 CSM 사의 밀착력 측정 장치를 이용하고, 미세한 침을 이용하여 10mm길이의 박막을 하중을 주며 긁는 방법으로 상기 스테인리스강 시편과 코팅층 간의 접착력을 평가하였다.
상기 실험 결과는 하기 표 2와 같다.
| 코팅층의 열전도도 (W/m) |
코팅층의 열용량 (KJ/m3 K) |
시편과 코팅층 간의 박리강도(N) | |
| 실시예 1 | 0.578 | 1001 | 8.7 |
| 실시예 2 | 0.333 | 1385 | 12.0 |
| 실시예 3 | 0.301 | 1401 | 18.7 |
| 실시예 4 | 0.374 | 1345 | 14.7 |
| 실시예 5 | 0.498 | 1044 | 9.7 |
상기 표 2를 참고하면, 실시예 1 내지 5의 경우, 비교적 높은 열용량, 낮은 열전도도를 나타내어 단열 성능이 우수한 것을 확인할 수 있다. 또한, 우수한 박리 강도를 나타내어 접착력이 우수한 것을 확인할 수 있다.
보다 구체적으로, 실시예 2 내지 4의 경우 그 효과가 극대화됨을 확인할 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100 : 제1 탱크부,
200, 300 : 제2 탱크부.
210 : 제2-1 내벽,
220 : 제2-1 외벽,
230 : 제2-1 진공벽,
240 : 제2-1 지지벽,
241 : 가압부,
242 : 가압핀,
310 : 제2-2 내벽
320 : 제2-2 외벽,
330 : 제2-2 진공벽,
340 : 제2-2 지지벽,
341, 342 : 틸팅부,
343 : 보조 틸팅부.
200, 300 : 제2 탱크부.
210 : 제2-1 내벽,
220 : 제2-1 외벽,
230 : 제2-1 진공벽,
240 : 제2-1 지지벽,
241 : 가압부,
242 : 가압핀,
310 : 제2-2 내벽
320 : 제2-2 외벽,
330 : 제2-2 진공벽,
340 : 제2-2 지지벽,
341, 342 : 틸팅부,
343 : 보조 틸팅부.
Claims (5)
- 액화수소가 저장되되, 중공부가 형성된 도넛 형상의 제1 탱크부; 및
냉매가 저장되며, 중공부가 형성된 도넛 형상이되, 상기 제1 탱크부를 감싸는 제2 탱크부;를 포함하고,
상기 제2 탱크부는,
상기 제1 탱크부의 외면을 상부에서 감싸는 제2-1 탱크부; 및
상기 제1 탱크부의 외면을 하부에서 감싸는 제2-2 탱크부;를 포함하고,
상기 제2-1 탱크부에는 하방으로 돌출되는 가압부가 형성되고, 상기 제2-2 탱크부에는 틸팅 가능한 틸팅부가 형성되고,
상기 가압부의 하부에는 수직 방향으로 돌출되는 가압핀이 형성되고,
상기 틸팅부에는 상기 틸팅부와 별개로 틸팅 가능한 보조 틸팅부가 형성되고,
상기 가압부가 하강하여 상기 틸팅부를 틸팅시킬 때, 상기 가압핀이 상기 보조 틸팅부를 틸팅시키는 것인
냉매 순환이 용이한 액화수소 저장탱크. - 제1항에 있어서,
상기 가압부는 소정의 경사를 지니며, 경사진 면을 따라 상기 가압핀이 형성되는 것인
냉매 순환이 용이한 액화수소 저장탱크. - 제2항에 있어서,
상기 가압핀은 복수 개 형성되며, 상기 경사진 면을 따라 소정의 간격을 두고 이격되도록 배치되는 것인
냉매 순환이 용이한 액화수소 저장탱크. - 제1항에 있어서,
상기 제2-1 탱크부의 외면의 일 지점에 형성되되, 홈이 형성되는 수용부; 및
상기 제2-2 탱크부의 외면의 일 지점에 형성되되, 상기 홈에 삽입되는 고정부;를 포함하고,
상기 수용부의 상측의 일 지점에 관통된 홀;이 형성되고,
상기 고정부의 상측의 일 지점에 돌출된 핀;이 형성되고,
상기 제2-1 탱크부의 하부와 상기 제2-2 탱크부의 상부가 맞닿을 때,
상기 고정부가 상기 수용부에 삽입됨과 동시에 상기 핀이 상기 홀에 삽입되는 것인
냉매 순환이 용이한 액화수소 저장탱크. - 제1항에 있어서,
상기 제2 탱크부의 내측에 진공층이 형성되는 것인
냉매 순환이 용이한 액화수소 저장탱크.
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