KR20110134423A - 압축 가스 저장 장치 - Google Patents

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KR20110134423A
KR20110134423A KR1020117022429A KR20117022429A KR20110134423A KR 20110134423 A KR20110134423 A KR 20110134423A KR 1020117022429 A KR1020117022429 A KR 1020117022429A KR 20117022429 A KR20117022429 A KR 20117022429A KR 20110134423 A KR20110134423 A KR 20110134423A
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KR
South Korea
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storage device
gas storage
compressed gas
tank
gas
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KR1020117022429A
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English (en)
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토르제이르 나크켄
잔 쉘링
레이프 카레 그론스타드
산드라 닐센
오드 스털레 트베이트
브조마르 웨르스윅크
Original Assignee
넬 하이드로겐 에이에스
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Publication date
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Abstract

본 발명은 압축 가스 저장 장치에 관한 것으로서, 내부 원통형 압력 용기(1)를 구비하고, 압력 용기(1)는 연결관(7)을 구비한다. 본 발명에 따르면, 내부 압력 용기(1)는 외부 용기(3) 안에 배열되어, 내부 압력 용기(1)와 외부 용기(3) 사이에 실질적으로 환형 공간(2)이 형성되고, 내부 압력 용기(1)와 외부 용기(3) 사이의 환형 공간(2)은 유체로 충진되고, 외부 용기(3)는 외부 용기(3)의 최고점(4)(6) 또는 그 주위에 벤팅(venting) 수단(5)을 더 구비한다.

Description

압축 가스 저장 장치{Device for storing gas under pressure}
본 발명은 압축 가스의 저장을 위한 저장 장치/시스템에 관한 것이다. 장치는 특히, 수소 압축 가스를 저장하기에 적합하고 수소 연료 재생 시스템에 연결될 수 있다. 또한, 본 발명은 산업적 목적으로, 차량 연료 재급유 목적 또는 가열 목적으로 흔히 저장되는 탄화수소 화합물과 같은 다른 가스에 적용될 수 있다.
가스 수소는 다양한 사이즈의 압축된 실린더형 탱크(압력 용기)에 일반적으로 저장된다. 이러한 실린더들은 금속으로 제조되거나 기밀성(gas tight) 라이너(일반적으로 금속 또는 플라스틱)와 섬유 래퍼(fibrous wrapper)를 구비하는 복합재료로 구성된다. 저장 장치는 가스관(가스 공급관 및 가스 배출관)과 상호 연결된 여러 가지의 개별 용기들로 구성된다. 용기(vessel)는 직사각 패턴으로 정렬되어 서로에 대한 위치에 용기를 유지시키고 전체 꾸러미(bundle) 또는 더미(stack)의 용기들을 떠받치는 금속 프레임에 의해 지지된다. 용기의 축은 수평(하나 또는 그 이상의 더미) 또는 수직(하나 또는 그 이상의 꾸러미)으로 향한다.
저장 장치는 옥외 또는 지평선 위에 설치되고, 가끔 경금속 건물 또는 보다 단단한 콘크리트 건물에 설비된다. 대안적으로, 장치는 지평선 아래의 지하에 매설되어 주변의 화재에 따른 복사열 또는 폭발로 인해 발생되는 피해와 같은 외부 영향으로부터 보호될 수 있다. 탱크를 땅속에 배치하는 것은 특히 도시 지역(즉, 충진소)의 공간을 절약할 수 있다. 이러한 대안들은 용기의 검사와 파이프의 연결을 매우 어렵게 하고 예를 들어, 외부 탱크 표면의 코팅 및/또는 음극화보호(cathodic protection)를 위한 희생 양극의 설치와 같은 부식 방지 조치를 위해 과다한 비용이 필요하기 때문에 거의 사용되지 않는다.
특히, 아무것도 덮여 있지 않은 옥외 장치와 관련한 누출 감지는, 적은 누출이 급격히 희석되어 위치 파악이 어렵기 때문에 중대한 도전이다. 기타 알려진 지중 장치들은 누출된 가스가 침투하여 저장소(basin)의 꼭대기까지 제어할 수 없으므로 내재적 위험을 부과하여 누설 감지를 더욱 어렵게 만든다.
매설된 용기의 검사와 관련된 난관을 극복하는 한편 액체 또는 기체 탄화수소 화합물의 저장을 위한 안전한 시스템은 NL-C-1001796에 제안되었다. 용기들은 예를 들어, 액체로 가득찬 저장소에 침수된다. 따라서, 용기들은 화재와 폭발과 같은 외부 영향으로부터 보호되는 한편 용기는 저장소의 액위를 낮춤으로써 용이하게 검사될 수 있다. 선택적으로 저장소의 꼭대기는 목재, 금속 또는 콘크리트 요소로 덮여질 수 있다.
그러나, 위의 시스템은 가스 누출 감지를 어렵게 한다. 이 시스템은 누출되는 가스가 저장소의 꼭대기까지 제어되지 않고 침투되도록 함으로써 감지되지 않은 폭발성 가스 혼합물의 내재적 위험을 부과한다.
본 출원인에 의해 출원된 국제특허출원공개 WO 2006/088378 A1은 액체로 가득한 적어도 하나의 저장소, 가스 공급망과 가스 배출망 사이의 연결을 위한 연결 파이프를 포함하고 가스를 저장하기 위해 저장소에 위치된 하나 또는 그 이상의 압축 용기, 용기를 지지하기 위한 앵커 시스템, 벤트를 향하거나 그를 관통하여 저장소에서 생기는 가스 누출을 유도하고 저장소를 덮기 위해 하측에 경사진 표면을 가진 커버, 및 벤트(vent)에 위치된 적어도 하나의 가스 감지 장비를 구비하는 플랜트를 개시한다.
국제특허출원공개 WO 2006/088378 A1은 매우 적은 가스의 누출을 조기에 감지하여, 전술한 지하 저장 시스템을 초월하는 플랜트의 안전성을 향상시키고, 종래의 장치보다 더 작은 영역을 필요로 하기 때문에 커버 영역의 대부분이 다른 목적으로 사용될 수 있으며, 가스를 위한 훨씬 더 많은 저장 온도를 유발시키는 압력 가스 저장용 플랜트를 제공한다.
본 발명의 목적은 특히 안전성, 누출의 조기 감지, 비용 절감 및 간단한 유지 등의 가스 저장을 위한 보다 향상된 기법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적과 다른 목적은 독립 청구항 1의 특징부에 따른 가스 저장 장치/시스템에 의해 달성된다. 또한, 바람직한 실시예와 특징들은 종속항에 개시된다.
본 발명에 따른 가스 저장 시스템은 탱크-속-탱크 구성을 구비하고, 내부 탱크는 가스를 유지하도록 설치되고, 외부 탱크는 유체 충진 환형 고리(annulus)를 제공한다. 이러한 구성은 국제특허출원공개 WO 2006/088378 A1가 제시하는 해결책에 비해 더 많은 장점을 아래와 같이 제공한다.
- 외부 탱크와 유체 충진된 고리는 추가적 안전벽을 제공한다.
- 필요한 액체의 양치 최소화된다(비용 절감, 온도 제어 향상, 환경 위험 감소).
- 검사 및 유지를 위한 접근성이 향상된다.
- 총 저장 용량은 보다 작은 하위-모듈로 분리됨으로써 안전성을 향상시킨다.
- 모듈 설계는 보다 많은 유연성을 허용하는 한편 표준 설계 요소를 사용한다.
본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여 예시적 방식에 의해 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 설명하는 평면도이다.
도 2a는 "돌기(buldge)"를 구비하는 본 발명의 다른 실시예를 설명하는 평면도이다.
도 2b는 각진 구성을 가진 본 발명의 다른 실시예를 설명하는 평면도이다.
도 2c는 수직 배치를 가진 본 발명의 다른 실시예를 설명하는 평면도이다.
도 3은 뱅크 실시예를 설명하는 평면도이다.
도 4는 다른 뱅크 실시예를 설명하는 평면도이다.
도 1을 참조하면, 압력 탱크(1)는 주변(surrounding) 탱크(3) 안에 들어가서 탱크-속-탱크 구성이다. 환형 또는 둘러싸는 공간(2)은 압력 탱크(1)와 주변 탱크(3) 사이에 마련되고, 이러한 환형 또는 둘러싸는 공간(2)은 적절한 유체로 채워진다. 유체는 물, 글리콜, 또는 불활성, 안전성, 가스 흡수력 등과 같은 적절한 성질을 가진 모든 적절한 유체일 수 있다. 또한, 유체는 유체의 색상을 변화시킬 수 있고, 전도성을 증감시키거나 가스 누출을 감지함에 있어서 가스 누출 수단을 도울 수도 있는 적절한 화합물 또는 첨가제가 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 내부 탱크와 외부 탱크 사이의 환형 고리 또는 공간(2)만 유체로 채워져 있기 때문에, 벗어나는 화염성 가스와 공기 또는 몇몇 다른 가스 사이의 접촉은 벤팅 파이프(5)와 감지 수단이 장착될 수 있는 미리 구획된 벤팅 영역(4)에서만 발생될 수 있다. 이것은 미감지된 폭발성 가스 혼합물의 위험을 크게 감소시키고, 두 개 또는 그 이상의 개별 탱크들을 구비하는 구성에서 누출 용기를 용이하게 감지하게 한다.
각각의 탱크는 압력 탱크(1)로부터, 주변 탱크(2)와 주변 탱크(3)로 통하는 연결 피스(piece)(7)를 구비한다. 이러한 연결 피스(7)는 탱크를 압력 가스로 채우는데 사용된 후 필요에 따라 마개를 닫아 가스를 차단시킨다.
이러한 탱크-속-탱크 구성은 인접한 화재로부터 발생되는 복사열, 차량 또는 기타 이동 물체와 관련된 외부 폭발 또는 충돌로부터의 충격과 같은 외부 영향으로부터 저장 용기를 효과적으로 보호한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 하나 또는 그 이상의 개별 탱크 및/또는 탱크의 뱅크, 탱크-속-탱크 구성을 구비하는 각각의 개별 탱크는 지하에 설치된다. 상당한 누설에 의해 야기되는 추력(thrust)에 기인하는 가스가 들어 있는 설비가 폭발하거나 가속되는 경우, 인근 빌딩, 설비 또는 인간들에 가해지는 손상의 정도는, 수평 충격은 저장 공간 벽과 둘러싸는 지구 질량에 의해 억제되기 때문에 지상의 설비와 비교하여 엄청나게 감소된다.
본 발명의 다른 특징은 가스 수거 공간/포인트와 탱크-속-탱크 구성의 내부 탱크와 외부 탱크 사이의 환형 공간 내부의 벤팅 시스템이다. 들어 있는 가스는 탱크들 사이의 환형 고리에 함유된 유체보다 가볍기 때문에, 누출되는 경우, 빠져나오는 가스는 환형 고리 내부의 가장 높은 지점(4)에 이동할 것이다. 수평되게 위치된 탱크(도 2a)의 환형 고리(2) 내부의 최고점(4) 부근에 "돌기(bulge)" 즉 수거 챔버(6)를 설비하거나, 탱크를 약간의 각도(B)로 기울이거나(도 2b), 탱크를 수직 위치로 상승(도 2c)시키게 되면, 누출 가스는 유체를 통해 이동하여 이러한 최고 지점(4)에서 수거될 것이다. 만약, 탱크가 수평 위치로 배열되면, 수거 챔버(6)는 주변 탱크(3)의 꼭대기 근처의 어느 지점에도 배치될 수 있다. 벤팅 장치(5)는 이러한 가스 수거 지점(4)에 설비되고, 벤팅 장치(5)를 따른 어느 지점에 마련된 가스 누출 장치와 결합하는 것이 바람직하다. 각각의 개별 탱크 또는 탱크의 뱅크(8)(9)를 위한 가스 감지 장치(미도시)를 마련하면, 누출이 신속하고 용이하게 감지될 수 있고, 예컨대 지하 저장 시설과 같은 저장 설비에 저장된 모든 탱크들을 멈출 필요가 없이 개별 탱크 또는 탱크의 뱅크에 대해서만 보호 조치를 취할 수 있게 된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 가스 온도를 효과적으로 낮추는데 사용될 수 있고, 연료 재급유 시간을 보다 짧게 할 수 있는 등, 환형 고리(2)에 있는 유체의 온도를 제어하기 위해, 내부 또는 외부 열교환기 수단(미도시)이 제공된다. "내부" 열교환기 수단은 열교환기 수단이 개별 탱크 내부의 어느 곳에 마련되거나 또는 외측도 가능한 것을 의미하는 한편 "외부"는 개별 탱크 또는 탱크들에 보다 떨어져 위치된 열교환기 수단을 의미한다. 하나 이상의 개별 탱크 또는 탱크들의 뱅크(8)(9)의 사용과 관련된 몇몇 적용예는 각각의 탱크 또는 뱅크(8)(9)의 온도를 개별적으로 제어할 수 있는 분명한 장점을 가진다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 압력 탱크(1)와 주변 탱크(3) 사이의 환형 또는 둘러싸는 공간(2)에 제공되는 유체는, 가스로 구성될 수도 있다. 이러한 가스는 예를 들어, N2와 같은 불활성일 수 있다. 이 실시예는 최고점(4), "돌기" 및/또는 수거 챔버(6) 부근에 배치된 반-침투성 멤브레인(미도시) 등의 사용을 필요로 하고, 멤브레인은 불활성 가스와 최고점(4), "돌기" 및/또는 수거 챔버(6) 사이의 경계를 형성한다. 멤브레인은 예컨대 N2와 같은 불활성 가스가 멤브레인을 일방향으로 침투하는 것을 차단하고 다른 방향으로 O2와 다른 가스를 차단하는 한편 멤브레인을 통해 저장된 압력 가스의 누출을 허용하는 능력에 따라 선택될 수 있다. 멤브레인을 관통하여 최고점(4), "돌기" 및/또는 수거 챔버(6)에 도달하게 되면, 감지 수단은 저장된 압력 가스의 누출 상승 레벨을 감지할 것이다.
본 발명에 따르면, 두 개 또는 그 이상의 개별 탱크들이 그룹으로 구성되어 서로 연결됨으로써, 뱅크(8)(9)를 형성(도 3 참조)하고, 개별 탱크들은 개별 벤팅95)과 감지 시스템을 유지하거나, 대안적으로 탱크의 뱅크(8)(9)가 공통 벤팅(5)과 감지 시스템을 가진 개별 유니트를 형성한다(도 4 참조). 이 경우, 연결 피스(7)는 합쳐져서 상호 연결되는 한편, 충진과 마개 닫기는 뱅크(8)(9)를 위해 전체로서 수행되며, 하나의 보다 큰 탱크로 기능한다. 이러한 구성의 하나의 장점은 유사한 유니트의 모듈화에 의해 보다 큰 저장 용량을 얻을 수 있고, 복합 생산 라인, 변화하는 생산 방법 등을 위한 필요가 제거된다. 이것은 충분히 큰 저장 용량의 건설을 가능하게 하는 한편, 개별 탱크 또는 탱크의 뱅크(8)(9)의 어느 하나의 누출이 용이하게 감지된다는 것이다. 이러한 특징은 누출의 위치 확인이 용이하게 하기 때문에 안전성과 유지보수 측면 모두에 중요하다. 누출의 위치가 확인되면, 누출되는 탱크 또는 탱크의 뱅크(8)(9)는 분리되어 수리되는 한편, 공통 저장 시설의 나머지 탱크들은 그 정상 기능을 여전히 수행할 수 있다. 이것은 시간을 경감시키고 유지 및 보수를 용이하게 한다.
도 3에 도시된 탱크의 뱅크(8)는 서로 그룹화되어 보다 더 큰 저장 탱크를 형성하는 다수의 개별 탱크-속-탱크 유니트들을 구비한다. 벤팅(5)과 감지 시스템은 각각의 개별 탱크를 위해 개별적으로 배치되는 한편, 연결 피스(7)는 상호 연결된다. 만약, 개별 탱크의 어느 하나에 누출이 감지되면, 누출되는 탱크는 남아 있는 탱크의 뱅크의 기능에 영향을 주지 않고 분리 및 제거될 수 있다.
도 4에 도시된 탱크의 뱅크(9)는 하나의 공통의 주변 탱크(3) 내부에 포함된 다수의 개별 압력 탱크(1)를 구비한다. 벤팅/감지 수단과 연결 피스(7) 모두 상호 연결되어 있다. 만약 압력 탱크(1)의 어느 하나에 누출이 발생되면, 개별 압력 탱크(1)의 어느 것이 누출되는지 알 수 없으므로 전체 뱅크가 멈출 것이다. 전체 뱅크를 분리시킨 후, 공통의 주변 탱크(3) 내부의 누출되는 압력 탱크는 뱅크(9)가 다시 가동되기 전에 누출을 확인하여 수리되어야 한다.
1...압력 탱크 2...환형 공간
3...주변 탱크 4...최고점
5...벤팅 파이프, 벤팅 장치 6...수거 챔버
7...연결 피스(piece) 8,9...뱅크

Claims (14)

  1. 연결관(7)을 가진 내부 원통형 압력 용기(1)를 구비하는 압축 가스 저장 장치에 있어서,
    상기 내부 압력 용기(1)는 외부 용기(3) 안에 배열되어, 상기 내부 압력 용기(1)와 상기 외부 용기(3) 사이에 실질적으로 환형 공간(2)이 형성되고,
    상기 내부 압력 용기(1)와 상기 외부 용기(3) 사이의 상기 환형 공간(2)은 유체로 충진되고,
    상기 외부 용기(3)는 상기 외부 용기(3)의 최고점(4)(6) 또는 그 주위에 벤팅(venting) 수단(5)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 압축 가스 저장 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부 용기(3)는 상기 외부 용기(3)의 최고점(4)(6) 또는 그 주위나 상기 벤팅 수단(4)과 관련된 것을 특징으로 하는 압축 가스 저장 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 장치는 내부 또는 외부 열 교환 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 압축 가스 저장 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 장치는 상기 외부 용기(3)의 최고점 또는 그 주위에 가스 수거 챔버(6)를 구비하는 것을 특징으로 하는 압축 가스 저장 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 장치는 수평면에 대해 각(B)지게 위치된 것을 특징으로 하는 압축 가스 저장 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 각(B)은 0-90˚사이인 것을 특징으로 하는 압축 가스 저장 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 각(B)은 1-25˚ 사이인 것을 특징으로 하는 압축 가스 저장 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 장치는 수평면에 대해 90˚각도(B)로, 수직 위치에 놓여진 것을 특징으로 하는 압축 가스 저장 장치.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 또는 그 이상의 다른 유사한 장치와 함께 정렬됨으로써 뱅크(8)(9)를 형성하고,
    각각의 장치의 연결관(7)은 병렬, 직렬 또는 그 조합의 어느 하나로 연결되고,
    각각의 장치는 개별 벤팅(5) 및/또는 감지 수단을 유지하는 것을 특징으로 하는 압축 가스 저장 장치.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체는 액체를 구비하는 것을 특징으로 하는 압축 가스 저장 장치.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체는 기체를 구비하는 것을 특징으로 하는 압축 가스 저장 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 최고점(4) 및/또는 수거 챔버(6) 부근에 배열된 반-투과성 멤브레인을 구비하고,
    상기 멤브레인은 불활성 가스와 상기 최고점 및/또는 수거 챔버(6) 사이의 경계를 구성하는 것을 특징으로 하는 압축 가스 저장 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 멤브레인은 상기 유체가 상기 멤브레인을 일 방향으로 투과하는 것을 방지하고 다른 방향으로 O2와 다른 공기 가스들을 방지하는 반면, 저장된 압축 가스가 상기 멤브레인을 통해 누출하는 것을 허용하는 능력에 따라 선택되는 것을 특징으로 하는 압축 가스 저장 장치.
  14. 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 땅바닥 또는 땅바닥 아래 위치 예를 들어, 지하 저장 시설에 위치된 것을 특징으로 하는 압축 가스 저장 장치.
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