KR20040073362A

KR20040073362A - Submarine

Info

Publication number: KR20040073362A
Application number: KR1020040009112A
Authority: KR
Inventors: 벤티엔우도
Original assignee: 호발트스벨케-도이췌벨프트아게
Priority date: 2003-02-12
Filing date: 2004-02-11
Publication date: 2004-08-19
Also published as: EP1447322B1; ES2252709T3; KR100673149B1; DE502004000188D1; DE10305776A1; EP1447322A1

Abstract

PURPOSE: A submarine is provided to satisfy specific demand conditions of a military submarine with a tank for absorbing and keeping liquefied gas, in particular liquid oxygen. CONSTITUTION: In a submarine having a tank(1) for sucking in and storing oxygen, the tank has a compressed and sealed inner wall(2) and an outer wall(5). The inner and outer walls are connected to each other by a supporting member(6). An empty space formed between the inner and outer walls is completely filled with a filler body(7) and vacuum. The filler body is hollow and comprises fine glass balls. The diameter of the filler body is 20¯120 micron m and compacted. The supporting member endures constant load acting between the inner and outer walls. The supporting member is a strap. At least one shut-off pipe(8) for filling or emptying the tank is installed.

Description

Submarine {SUBMARINE}

본 발명은 액화 가스, 특히 산소를 유입 및 저장하기 위한 탱크를 구비한 잠수함에 관한 것이다.The present invention relates to a submarine with a tank for introducing and storing liquefied gas, in particular oxygen.

특히 군용 잠수함은 자체의 전기에너지를 - 특히 잠수 동작 중에는 - 완전히 또는 부분적으로 연료전지로부터 얻는데, 연료전지내에서는 산소 및 수소가 전기 에너지를 발생시키기 위해 촉매반응하여 산화된다. 예컨대 충분한 양의 산소를 선체에 저장할 수 있기 위해서는, 산소가 액체 형태로 저장될 수 있는 탱크가 필요하다.Military submarines, in particular, obtain their electric energy completely or partially from the fuel cell, especially during diving operations, in which oxygen and hydrogen are catalyzed and oxidized to generate electrical energy. For example, in order to be able to store a sufficient amount of oxygen in the hull, a tank is needed in which oxygen can be stored in liquid form.

극저온인 액체 상태의 가스, 특히 육상에서의 산소를 저장하는 방식은 이미 공지되어 있다. 공지된 이러한 방식에서는 탱크가 2개의 쉘로 구성되어 있다. 즉, 탱크는 압축 밀봉된 내벽 그리고 상기 내벽에 대해 간격을 두고 배치되어 있고 공간이 진공을 이루도록 하는 안전한 외벽으로 구성되어 있으며, 내벽과 외벽사이는 내충격부로서 작용되도록 펄라이트(perlite)로 채워져 있다. 단열을 위해 중앙의 공간은 진공 상태로 되어 있다.It is already known to store cryogenic liquid gases, in particular oxygen on land. In this known manner the tank consists of two shells. That is, the tank is composed of a compression-sealed inner wall and a safe outer wall spaced from the inner wall and spaced in a vacuum, and filled between the inner wall and the outer wall so as to act as an inner impact portion. The central space is vacuumed for insulation.

상호 간격을 두고 배치된 다수의 알루미늄 박막을 배열하고 그 사이에 진공 공간을 형성함으로써 높은 단열효과를 얻는 것도 또한 공지되어 있다.It is also known to obtain a high thermal insulation effect by arranging a plurality of aluminum thin films arranged at a mutual interval and forming a vacuum space therebetween.

그러나 상기와 같은 배열은 다만 고정식 설비에 응용하는 경우에만 적합한데, 그 이유는 상기와 같은 배열 상태가 충돌 또는 폭발시에 나타나는 기계적인 부하를 견디기 어렵기 때문이다.However, such arrangements are only suitable for applications in stationary installations, because such arrangements are difficult to withstand the mechanical loads encountered in a collision or explosion.

또한 차량에 배치된 이중 쉘 액상 산소 탱크의 경우, 하중이 발생되는 경우에도 벽들의 상호 간격을 유지시키는 스트랩을 내벽과 외벽사이에 제공하는 것도 공지되어 있다. 하지만 이와 같은 구조도 군용 잠수함에 사용하기에는 적합하지 않다. 왜냐하면, 예컨대 수소 폭탄의 폭발시에 잠수함 근처에서 발생되는 하중이 중력 가속도의 10배 내지 100배의 범위에 있기 때문이다(10 내지 100g). 상기와 같은 기계적인 하중을 지지할 수 있도록, 내벽과 외벽이 스트랩을 통해 서로 연결되어 있는 공지된 구조를 보강하는 것은 구조적으로 가능하지만, 이 경우에는 내벽과 외벽사이에 필요한 단열상태가 더이상 실현될 수 없을 정도로 큰 스트랩의 횡단면이 나타날 수 있는데, 그 이유는 스트랩에 의한 열브리지(thermal bridge) 효과로 인해 단열효과가 이루어지지 않기 때문이다.It is also known to provide a strap between the inner wall and the outer wall in the case of a double shell liquid oxygen tank arranged in a vehicle, which maintains the mutual spacing of the walls even when a load is generated. However, such structures are not suitable for use in military submarines. This is because, for example, the load generated near the submarine during the explosion of the hydrogen bomb is in the range of 10 to 100 times the gravity acceleration (10 to 100 g). In order to support such a mechanical load, it is structurally possible to reinforce the known structure in which the inner wall and the outer wall are connected to each other via straps, but in this case, the required insulation state between the inner wall and the outer wall can no longer be realized. The cross section of the strap may be undeniably large because no thermal insulation effect is achieved due to the thermal bridge effect by the strap.

상기와 같은 내용을 배경으로 한 본 발명의 목적은 액화 가스, 특히 액체 상태의 산소를 유입 및 저장하기 위한 탱크를 구비하고, 이러한 탱크가 또한 군용 잠수함 특유의 요구조건도 만족시키는 잠수함을 제작하는 것이다.Background of the Invention An object of the present invention is to provide a submarine having a tank for introducing and storing liquefied gas, especially liquid oxygen, which tank also satisfies the requirements specific to military submarines. .

도 1은 본 발명에 따른 액상 산소 탱크를 개략적으로 도시한 종단면도.1 is a longitudinal sectional view schematically showing a liquid oxygen tank according to the present invention;

도 2는 도 1에 따른 탱크의 횡단면도.Figure 2 shows a cross section of the tank according to figure 1;

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

1: 탱크 2: 내벽1: tank 2: inner wall

3: 산소 4: 간격3: oxygen 4: thickness

5: 외벽 6: 지지스트랩(carrying strap)5: outer wall 6: carrying strap

7: 마이크로 전구 8: 파이프7: micro bulb 8: pipe

9: 스톱 밸브9: stop valve

이러한 목적은 본 발명에 따른 청구항 1에 기술된 특징부에 의해 달성된다.This object is achieved by the features described in claim 1 according to the invention.

본 발명에 따라 잠수함에는 액화 가스, 특히 액체 상태의 산소를 유입 및 저장하기 위한 탱크가 설치되어 있으며, 이러한 탱크는 2개의 쉘로 구성되어 있고, 내벽과외벽사이에는 내충격을 목적으로 하는 충진체가 충전되어 있으며, 탱크는 또한 외벽과 내벽사이의 단열을 위해 진공 상태로 되어 있다. 더욱이 탱크에는 외벽과 내벽의 기계적인 연결을 위한 지지부재가 제공되어 있으며, 이러한 지지부재는 용기의 단열작용에 필요 이상으로 악영향을 미치지는 않는다. 그러나 내벽에 의해 형성된 내부 용기를 외벽에 의해 형성된 외부 용기 내부에 지지하기 위해, 지지부재는 다만 정하중에 맞추어서 설계되었다. 특별히 충격 하중면에서의 군용 잠수함 특유의 요구조건을 수용할 수 있기 위해, 본 발명은 실제로 볼 형상을 갖는 충진체를 제시한다. 이러한 충진체는 공지된 바와 같은 내충격을 목적으로 이용될 뿐만 아니라, 특히 (충격 하중 동안에도) 단열효과에 심하게 영향을 미치지 않으면서 높은 충격 하중에 견디도록 이용된다. 충진체가 볼 형상을 가짐으로써 (이 경우에는 구조적으로 이상적인 볼 형성이 구현될 필요는 없으며 변형된 볼 형상으로도 충분하다) 충격 하중의 경우에 발생되는 힘이 볼을 통해 전반적으로 균일하게 분배되며, 특히 본 발명에 따른 설계 방식에서는 이러한 볼이 전체적으로 고체 형태의 특성을 나타내기 때문에 매우 강한 힘도 흡수할 수 있다.According to the present invention, the submarine is provided with a tank for introducing and storing liquefied gas, in particular, liquid oxygen, and the tank consists of two shells, and a filler for impact resistance is filled between the inner wall and the outer wall. The tank is also vacuumed to insulate between the outer and inner walls. Moreover, the tank is provided with a support member for mechanical connection of the outer and inner walls, which does not adversely affect the container more than necessary. However, in order to support the inner container formed by the inner wall inside the outer container formed by the outer wall, the support member is designed to just match the static load. In order to be able to accommodate the requirements specific to military submarines, particularly in terms of impact loads, the present invention provides a filler which actually has a ball shape. These fillers are used not only for the purpose of impact resistance as is known, but also to withstand high impact loads, especially without severely affecting the adiabatic effect (even during impact loads). Since the filler has a ball shape (in this case, structurally ideal ball formation does not need to be realized, and a deformed ball shape is sufficient), the forces generated in the event of impact loads are distributed evenly throughout the ball, In particular the design scheme according to the invention can absorb very strong forces as these balls exhibit the properties of solids as a whole.

본 실시예에는 유리볼이 특히 적합한데, 그 이유는 유리볼이 매우 안정적인 형태이고, 저렴한 비용으로 제작될 수 있으며, 매우 강한 힘도 흡수할 수 있기 때문이다.Glass balls are particularly suitable for this embodiment because the glass balls are of a very stable shape, can be manufactured at low cost, and can absorb very strong forces.

본 발명의 바람직한 실시예에서 유리볼은 속이 채워진 상태가 아니라 중공체로 형성되어 있다. 따라서, 특별히 안정성 면에서 두드러진 손실을 나타내지 않으면서 내충격효과가 상승된다.In a preferred embodiment of the present invention, the glass ball is formed of a hollow body rather than a filled state. Therefore, the impact resistance is raised without exhibiting a particularly noticeable loss in terms of stability.

본 발명에 따른 충진체로서는 미세한 유리볼이 사용되는 것이 바람직하며, 이러한 유리볼은 충진체로서 액체와 유사한 유동 특성을 갖는다. 즉, 좁은 간격의 공간내부를 이루는 내벽과 외벽사이에 형성된 빈 공간을 제조 기술적으로 매우 유리하게 채울 수 있다. 이러한 유리볼은 액체와 유사하게 외벽과 내벽 사이에 형성된 빈 공간에 고르게 분배되지만, 폭발시의 압축파(pressure wave)에 의해 나타나는 것과 같은 갑작스런 부하가 발생할 경우에는 고체와 유사하게 작용한다. 따라서, 유리볼은 외부 용기에 대해 원하는 간격으로 내부 용기를 고정시키며, 부하가 발생할 경우에도 내충격성을 갖게 한다. 부하가 발생할 경우에는, 볼 사이의 표면압축이 상대적으로 높기 때문에 유리볼의 열전도성이 약간 더 커지지만, 부하의 감소 후에는 상기 열전도성이 동일한 분량만큼 재차 감소한다.As the filler according to the present invention, fine glass balls are preferably used, and these glass balls have flow characteristics similar to liquid as the filler. In other words, the empty space formed between the inner wall and the outer wall constituting the inner space of the narrow space can be very advantageously filled in manufacturing technology. These glass balls, like liquid, are evenly distributed in the void space formed between the outer and inner walls, but act like solids in the event of a sudden load, such as that caused by a pressure wave during an explosion. Therefore, the glass ball fixes the inner container at a desired interval with respect to the outer container, and has impact resistance even when a load occurs. When a load occurs, the thermal conductivity of the glass ball is slightly larger because the surface compression between the balls is relatively high, but after the load decreases, the thermal conductivity decreases again by the same amount.

충진체는 실시예에 따라 여러 재료 및 크기로 이루어질 수 있지만, 평균 직경이 20 내지 120 ㎛인 미세한 유리볼이 사용되는 것이 바람직하며, 특히 압착된 형태로 사용되는 것이 바람직하다. 간격진 공간에 채워진 충진체를 압착함으로써, 상대적으로 높은 충진밀도(packing density) 및 보다 높은 안정성이 이루어진다. 이와 같은 압착은 공지된 압착장치에 의해서 이루어질 수 있다. 유리볼의 열전도성을 더욱 감소시키기 위해서는, 유리볼이 속이 완전히 채워지는 형태가 아니라 중공형태로 형성되고, 압력조건에 따라 0.2 내지 0.5 ㎛ 범위의 벽 두께를 갖는 것이 바람직하다.The filler may be made of various materials and sizes depending on the embodiment, but fine glass balls having an average diameter of 20 to 120 μm are preferably used, and particularly preferably used in a compressed form. By compressing the filler filled in the spaced space, a relatively high packing density and higher stability are achieved. Such pressing may be performed by a known pressing device. In order to further reduce the thermal conductivity of the glass ball, it is preferable that the glass ball is not hollow, but hollow, and has a wall thickness in the range of 0.2 to 0.5 μm depending on the pressure conditions.

본 발명에 따른 액상 산소 탱크의 구조적인 형상은 (적어도 내부 탱크와 외부 탱크 사이에 있는 지지부재와 관련해서) 비교적 간단한데, 그 이유는 상기 지지부재가 실제로 내벽과 외벽사이에서 작용하는 정하중을 지지하도록 설계 및 형성되어 있기 때문이다. 즉, 지지부재는 다만 정상적인 정적 조건하에서 외부 탱크와 관련하여 내부 탱크를 제 위치에 고정시키기 위해서만 이용된다. 지지부재는 상승된 (동적) 부하용으로 설계될 필요는 없으며, 이와 같은 사실은 구조적으로 유리할 뿐만 아니라 단열효과 면에서도 장점을 갖는다. 말하자면 지지부재는 교차방식으로 조여져서 길게 늘어진 스트랩의 형태로 내벽과 외벽사이에 형성될 수 있다. 이와 같은 배열 상태는 특히 바람직한데, 그 이유는 이와 같은 경우에 내벽에 의해 형성된 내부 탱크가 외벽에 의해 형성된 외부 탱크 내부에 매달릴 수 있기 때문이다. 즉, 지지부재는 다만 인장하중만을 받을 수 있다. 이와 같은 경우에는 지지부재가 높은 강성을 갖도록 형성될 필요도 없고 비교적 적은 횡단면을 가질 수 있기 때문에, 결과적으로 내부 용기와 외부 용기사이의 단열효과는 스트랩에 의해서 비교적 적게 악화된다.The structural shape of the liquid oxygen tank according to the invention is relatively simple (at least with respect to the support member between the inner tank and the outer tank) because the support member actually supports a static load acting between the inner wall and the outer wall. Because it is designed and formed. That is, the support member is used only to hold the inner tank in place with respect to the outer tank under normal static conditions. The support member need not be designed for elevated (dynamic) loads, and this fact is not only structurally advantageous but also advantageous in terms of thermal insulation. In other words, the support member may be formed between the inner wall and the outer wall in the form of a long stretched strap that is tightened in a crosswise manner. This arrangement is particularly preferred because in this case the inner tank formed by the inner wall can be suspended inside the outer tank formed by the outer wall. That is, the support member can only receive tensile loads. In this case, since the support member does not need to be formed to have high rigidity and can have a relatively small cross section, as a result, the thermal insulation effect between the inner container and the outer container is relatively reduced by the strap.

액체 상태의 산소를 탱크에 채우고 액체 상태의 산소를 탱크로부터 빼낼 수있기 위해서는, 이러한 탱크를 관통하는 적어도 하나의 파이프 그리고 차단 밸브, 초과압밸브 등의 형태로 된 상응하는 차단 부재가 제공되어야 한다.In order to be able to fill the tank with liquid oxygen and withdraw the liquid oxygen from the tank, at least one pipe passing through the tank and the corresponding blocking member in the form of a shutoff valve, an overpressure valve or the like must be provided.

본 발명에 따른 해결책으로는 액체 상태의 가스, 특히 액상 산소가 압력하에서 냉각되어 저장될 수 있으며, 이 경우에 열을 방출시키기 위한 추가 장치없이도 충격하중 및 저장시간(예컨대, 1주 이상의)과 관련한 잠수함 특유의 요구 조건들을 만족시킬 수 있다.The solution according to the invention is that liquid gases, in particular liquid oxygen, can be cooled and stored under pressure, in this case with respect to impact loads and storage times (e.g. more than one week), without the need for additional devices to release heat. Can meet submarine specific requirements.

본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참조하여 이하 상세히 설명한다.The present invention will be described in detail below with reference to the embodiments shown in the drawings.

도면에 도시된 군용 잠수함의 액상 산소 저장용 탱크(1)는 잠수함 내부의 적절한 (도시되지 않은) 장소에 배치되어 있으며, 이러한 장소는 압력 공간 내부 혹은 외부일 수 있다. 탱크(1)는 압축 밀봉된 내부 용기(내부 탱크)를 형성하는 내벽(2)을 포함하며, 이러한 내부 용기에 산소가 저장되어 있다. 도면에서 부호 (3a)는 액상 산소를 나타내고, (3b)는 탱크(1) 내부에 있는 가스 형태의 성분을 나타낸다. 내벽(2)은 단부가 대략 반구 형태를 이루고 거의 원통형의 내부 용기로 형성되어 있다. 내부 용기는 외부 용기(외부 탱크)를 형성하는 외벽(5)에 대해 대체로 일정한 간격(4)을 두고 사방에 배치되어 있으며, 외부 탱크는 내부 탱크와 동일한 형상을 갖지만 내부 탱크를 간격(4)을 두고 둘러쌀 수 있을 만큼 확연하게 더 크다.The tank for liquid oxygen storage of the military submarine shown in the figure is arranged at a suitable (not shown) location inside the submarine, which may be inside or outside the pressure space. The tank 1 comprises an inner wall 2 which forms a compression sealed inner container (inner tank), in which oxygen is stored. In the figure, reference numeral 3a denotes liquid oxygen, and 3b denotes a gaseous component inside the tank 1. The inner wall 2 is formed in the shape of a substantially hemispherical end and an almost cylindrical inner container. The inner container is arranged all around the outer wall 5 which forms the outer container (outer tank) generally at regular intervals 4, and the outer tank has the same shape as the inner tank but the inner tank is spaced 4 Significantly larger enough to surround.

내벽(2)에 의해 형성된 내부 용기는 지지스트랩(6)을 통해서 외벽(5)에 의해 형성된 외부 용기 내부에 매달리게 된다. 지지스트랩(6)은 적어도 6개의 측면에 배치되어 있으며, 바람직하게는 각각 쌍으로 교차되어 상기 6개 측면 둘레에 가급적 길게 형성될 수 있어야 한다. 지지스트랩(6)은 특히 산소로 채워진 내부 용기의 자체 중량에 의해 발생되는 정하중을 지지할 수 있도록 설계되어 있다. 지지스트랩(6)은 내부 용기 및 외부 용기와 마찬가지로 강으로 형성되어 있고, 강으로 용접되어 있다.The inner container formed by the inner wall 2 is suspended inside the outer container formed by the outer wall 5 via the support straps 6. The support straps 6 are arranged on at least six sides, preferably each of which can be crossed in pairs and formed as long around the six sides as possible. The support strap 6 is especially designed to support the static load generated by the weight of the inner container filled with oxygen. The support straps 6 are made of steel and welded to the steel similarly to the inner container and the outer container.

내벽(2)과 외벽(5) 사이에 형성된 공간은 미세한 유리볼(7)로 완전히 채워져 있으며, 더욱이 이러한 볼은 공간 내부에 압착되어 있다. 그 다음에 상기와 같이 압착되어 유리볼(7)로 완전히 채워진 공간은 높은 단열효과에 도달하기 위해서 진공 상태로 된다. 압착 및 진공화에 의해 미세한 유리볼(7)이 내마모성 상태로 패킹됨으로써, 정상 동작 중에도 차단부 내부에서는 마모가 전혀 발생되지 않는다. 유리볼(7)은 예컨대 10 내지 500 g 레벨의 충격 하중에서 발생되는 파워를 흡수하며, 이 경우 지지스트랩(6)은 눈에 띄일 정도의 부하를 추가적으로 받지 않는다. 이 때 단열효과는 거의 완전하게 유지되거나 또는 부하를 받은 직후에 완전하게 다시 나타난다.The space formed between the inner wall 2 and the outer wall 5 is completely filled with fine glass balls 7, and furthermore, these balls are pressed into the space. Then, the space that is pressed as described above and completely filled with the glass balls 7 is in a vacuum state in order to reach a high heat insulating effect. As the fine glass balls 7 are packed in a wear-resistant state by compression and vacuumization, no wear occurs at all within the blocking portion even during normal operation. The glass ball 7 absorbs power generated at impact loads of, for example, a level of 10 to 500 g, in which case the support strap 6 is not additionally subjected to a noticeable load. The adiabatic effect is then maintained almost completely or completely reappears immediately after loading.

액상 산소를 채우고 비우기 위해 탱크(1)의 바닥 근처에는 내벽(1) 및 외벽(5)을 관통하는 파이프(8) 및 차단 밸브(9)가 제공되어 있으며, 이러한 차단밸브는 필요에 따라 제공될 안전장치 및 밸브장치에 대한 상징적인 기능을 한다.Near the bottom of the tank 1 is provided a pipe 8 and a shutoff valve 9 which penetrate the inner wall 1 and the outer wall 5 to fill and empty the liquid oxygen, which is provided as necessary. It functions as a symbol for safety devices and valve devices.

본 발명에 의해 액화 가스, 특히 액체 상태의 산소를 흡수 및 저장하기 위한 탱크를 구비하고, 이러한 탱크가 또한 군용 잠수함 특유의 요구조건도 만족시킬 수 있는 잠수함을 제작할 수 있게 되었다.The present invention makes it possible to produce submarines having tanks for absorbing and storing liquefied gases, in particular liquid oxygen, which tanks also satisfy the requirements specific to military submarines.

Claims

In submarines having a tank (1) for introducing and storing liquefied gas, in particular oxygen (3), the tank (1) comprises a compression-sealed inner wall (2), the tank (1) comprising an outer wall The outer wall 5 and the inner wall 2 are connected to each other through the supporting member 6, and the empty space formed between the outer wall 5 and the inner wall 2 is completely filled with the filling body 7 and vacuumed. Submarine which is in a state and the filling body 7 is ball-shaped.

The submarine according to claim 1, wherein the filling body (7) is formed of glass balls.

The submarine according to claim 1 or 2, wherein the filling body (7) is formed of a hollow body.

The submarine according to any one of the preceding claims, wherein the filler (7) is formed of fine glass balls (7).

Submarine according to any one of the preceding claims, wherein the filler (7) has a diameter of 20 to 120 μm.

The submarine according to any one of the preceding claims, wherein the filler (7) is compressed.

The submarine according to any one of the preceding claims, wherein the support member (6) is designed and formed to withstand the static load acting between the inner wall (2) and the outer wall (5).

The submarine according to any one of the preceding claims, wherein the support member (6) is formed of a strap (6) disposed between the inner wall (2) and the outer wall (5).

Submarine according to any of the preceding claims, wherein at least one blockable pipe (8) is provided for filling the tank (1) or for emptying the tank (1).