KR20170110832A

KR20170110832A - 냉동기 착탈형 저온 액체 저장용기

Info

Publication number: KR20170110832A
Application number: KR1020160035105A
Authority: KR
Inventors: 강상우; 오인환; 백종훈
Original assignee: 한국과학기술연구원; 유니버시티 오브 센트럴 플로리다 리서치 파운데이션, 인코포레이티드
Priority date: 2016-03-24
Filing date: 2016-03-24
Publication date: 2017-10-12
Also published as: KR101822263B1

Abstract

본 발명은 액체 수소 저장용기에 관한 것으로서, 상부 덮개로 밀폐된 외부 용기 및 상기 외부 용기 내부에서 상기 외부 용기 내면과의 사이에 공간을 형성하면서 배치되고 액체 수소가 저장되는 내부 용기와, 상기 외부 용기 내부로 연장되고 상기 내부 용기를 관통하여 액체 수소의 이송 경로가 되는 유체 입출관을 포함하는 냉동기 착탈형 저온 액체 저장용기에 있어서, 상기 상부 덮개를 관통하여 상기 내부 용기의 상단을 향해 연장되며 내부에 상기 외부 용기 내부와 유체 소통이 일어나지 않는 구분된 공간을 형성하는 중공관; 상기 중공관에 착탈 가능하게 수용되어 극저온 상태의 냉동 에너지를 내부 용기에 제공하는 극저온 냉동기; 상기 중공관의 내측에 형성되고, 상기 극저온 냉동기의 하단과 접촉하는 받침부와, 상기 받침부로 전달된 상기 극저온 냉동기의 냉동 에너지를 내부 용기에 전달하는 히트 로더와 상기 히트 로더와 연결되어 내부 용기의 내부로 냉열을 전달하여 재액화시키는 히트 스프레더를 구비하는 열전달부; 및, 상기 중공관에 착탈 가능하게 수용되며 상기 중공관에서 극저온 냉동기를 분리 후 상기 중공관을 밀폐하기 위한 장착되는 밀폐 실린더를 포함한다.

Description

냉동기 착탈형 저온 액체 저장용기{LOW THERMAL LIQUID STORAGE TANK WITH A DETACHABLE CRYOCOOLER}

본 발명은 저온 액체 저장용기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액체 수소 등과 같은 극저온 액체를 저장하는 저장용기의 내부에서 증발된 가스를 재액화시킬 수 있도록 냉동기의 착탈이 가능한 냉동기 착탈형 저온 액체 저장용기에 관한 것이다.

화석연료의 과다한 사용으로 인한 대기오염과 지구 온난화 문제를 해결하기 위한 방안으로 최근 국내외에서 탄화수소계가 아닌 연료를 사용하는 시스템의 개발이 활발히 진행되고 있다. 그 중 가장 효율적이며 대표적인 것이 바로 수소에너지의 이용기술이다.

수소에너지를 효율적으로 사용하기 위해서는 부피를 축소시켜 고밀도화하여야, 수송도 간편하고 저장도 용이하여, 용도를 다양화시킬 수 있다. 수소의 부피를 축소시켜 저장하는 방법 중 저장에너지가 가장 큰 것은 바로 수소를 액화시켜 액체 수소형태로 저장하는 방법이다. 따라서 수소에너지의 이용 확대를 위해서는 저장 및 수송이 용이한 액체상태의 수소를 저장할 수 있는 저온 장치 개발이 선행되어야 한다.

저온 상태의 액체를 저장하기 위하여 외부로부터의 열유입에 의한 기화손실을 최소화할 수 있는 저장용기의 단열기술이 매우 중요하다. 이를 위해 저온 용기에는 진공단열(vacuum insulation), 다층단열재(MLI: multi-layer insulation) 등의 여러 가지 방법이 복합적으로 사용되고 있으며, 이러한 방법들을 통하여 공기에 의한 전도 및 대류, 복사 열전달을 상당히 효과적으로 줄일 수 있는 것으로 알려져 있다.

현재 상기한 기술들을 이용한, LNG, 액체 질소 등의 저장 및 이송을 위한 저장용기가 개발되어 사용되고 있다. 이러한 공지의 저온 액체 저장용기는, 저온 액체가 채워지는 내부용기, 내부용기를 내부에 포함하며 내부용기와의 사이에 진공이 형성된 외부용기, 내부용기 상단을 외부용기의 상단에 대해 고정하여 내부용기를 외부용기 내부에 매달아 고정하는 지지대(support), 저온 액체의 충전 및 추출을 위한 유체 입출관, 내부용기를 단열하기 위해 내부용기를 감싸는 복합단열층, 내부용기 내부에서 기화된 가스에 의해 내부압력이 설정된 한계를 초과하는 경우 기화된 가스가 배출되도록 하는 배출관, 내부용기 내부의 압력을 측정하기 위한 압력게이지 등을 포함한다.

일반적으로 저온 용기에서 내부용기 내부에 수용된 저온 액체는 저장 시간이 경과됨에 따라 기화된다. 단열성능의 극대화를 통해 이를 최소화하려는 여러 연구가 진행되고 있으나, 수소의 경우 영하 253℃ 정도의 극저온 상태에서 액체 상태를 유지하기 때문에 외부 상온 상태에서 보관되는 저온 용기 내부에서 액체 수소의 기화는 피할 수 없다. 저온 용기의 내부용기 내부에 저장된 액체 수소의 기화율이 상승하는 경우 저장된 수소량이 감소되는 문제점이 발생한다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 내부 용기 내에서 증발되는 증발 가스를 재액화하기 위한 냉동기를 착탈할 수 있는 냉동기 착탈형 저온 액체 저장용기를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 냉동기 착탈형 저온 액체 저장용기는, 상부 덮개로 밀폐된 외부 용기 및 상기 외부 용기 내부에서 상기 외부 용기 내면과의 사이에 공간을 형성하면서 배치되고 액체 수소가 저장되는 내부 용기와, 상기 외부 용기 내부로 연장되고 상기 내부 용기를 관통하여 액체 수소의 이송 경로가 되는 유체 입출관을 포함하는 냉동기 착탈형 저온 액체 저장용기에 있어서, 상기 상부 덮개를 관통하여 상기 내부 용기의 상단을 향해 연장되며 내부에 상기 외부 용기 내부와 유체 소통이 일어나지 않는 구분된 공간을 형성하는 중공관; 상기 중공관에 착탈 가능하게 수용되어 극저온 상태의 냉동 에너지를 내부 용기에 제공하는 극저온 냉동기; 상기 중공관의 내측에 형성되고, 상기 극저온 냉동기의 하단과 접촉하는 받침부와, 상기 받침부로 전달된 상기 극저온 냉동기의 냉동 에너지를 내부 용기에 전달하는 히트 로더를 구비하는 열전달부; 및, 상기 중공관에 착탈 가능하게 수용되며 상기 중공관에서 극저온 냉동기를 분리 후 상기 중공관을 밀폐하기 위한 장착되는 밀폐 실린더를 포함하는 냉동기 착탈형 저온 액체 저장용기를 제공한다.

본 발명에 의하면, 상기 받침부에는 상기 극저온 냉동기의 하단이 수용되도록 오목하게 형성된 수용홈이 형성되며, 상기 히트 로더는 상기 받침부의 하부에 수직으로 연결되며, 상기 내부용기 내부에 배치되고, 상기 히트 로더와 연결되어 상기 히트 로더를 통해 전달된 냉동 에너지를 확산시키는 히트 스프레더를 더 포함한다.

본 발명에 의하면, 상기 히트 스프레더는, 판(disk)형으로 형성되어 상기 내부용기의 내부에서 상기 내부용기의 상부 덮개의 하면에 배치된다.

본 발명에 의하면, 상기 히트 스프레더의 표면 하부에는 열전달 면적의 확장을 위하여 핀이 부착될 수 있다.

본 발명에 의하면, 상기 중공관의 하단은 상기 내부 용기의 상부 덮개와 이격하여 위치하며, 상단이 상기 받침부의 상단과 기밀가능하게 결합되고 내부에 상기 열전달부를 수용하면서 아래로 연장되고, 하단이 상기 중공관의 하단과 기밀가능하게 결합하는 기밀 유지부를 포함하며, 상기 기밀 유지부는 벨로우즈 형상부를 구비한 벨로우즈로 형성될 수 있다.

본 발명에 의하면, 상기 중공관 내부와 연통하여, 상기 중공관 내부의 진공을 유지하거나 기체를 주입할 수 있도록 하는 기체 입출관이 설치되며, 상기 기체 입출관은 상기 외부 용기 외부로 연장된다.

본 발명에 의하면, 상기 중공관의 하단과 상기 벨로우즈의 하단 사이에는 상기 중공관과 상기 벨로우즈를 기밀하게 결합하는 연결브라켓이 설치되고, 상기 기체 입출관의 일측은 상기 연결브라켓의 바닥면을 관통하여 상기 중공관 내부와 연결되며 타측은 상기 외부 용기의 상부 덮개를 관통하여 외부와 연결된다.

본 발명에 의하면, 상기 밀폐 실린더 내부에는 액체 질소가 충전되는 것이 가능하다.

본 발명에 의하면, 상기 중공관 및 밀폐 실린더는 유리강화 에폭시 라미네이트(GREL)를 포함하는 저열전도성 소재로 이루어진다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따른 냉동기 착탈형 저온 액체 저장용기에 의하면, 저장용기에 결합되는 극저온 냉동기에 의해 내부용기 내에 저장된 액체 수소와 같은 저온 액체에서 증발되는 가스를 재액화하여 액체 상태로 상변화시킴으로써, 외부로부터 열의 침입에 의해 저온 액체가 증발하는 보일 오프(boil-off) 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

재액화형이 아닌 순수 저온 액체 저장용기로서만 사용할 경우, 상기 냉동기 착탈형 저온 액체 저장용기로부터 극저온 냉동기를 분리한 후에 액체 질소가 충전된 밀폐 실린더로 밀폐시켜 증발 현상을 더욱 방지할 수 있도록 하였다.

도 1은 본 발명에 따른 착탈식 냉동기를 장착한 냉동기 착탈형 저온 액체 저장용기를 나타내는 절개사시도이다.
도 2는 도 1의 단면도로서, 기체 입출관이 설치된 냉동기 착탈형 저온 액체 저장용기를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 밀폐 실린더를 장착한 냉동기 착탈형 저온 액체 저장용기를 나타내는 절개사시도이다.
도 4는 도 3의 단면도로서, 기체 입출관이 설치된 냉동기 착탈형 저온 액체 저장용기를 나타내는 단면도이다.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 저온 액체 저장용기는, 저온 액체의 저장을 위하여 외부 용기(10)와 내부 용기(20)의 이중 구조로 형성되고, 상기 내부 용기(20)와 외부 용기(10)의 사이에는 외부와의 단열 성능을 위한 진공 상태의 수용 공간을 형성하게 된다.

상기 외부 용기(10)는 상기 내부 용기(20)를 내부에 수용하며, 상단 개구에 상부 덮개(12)를 결합하여 내부를 밀폐하게 된다. 상기 상부 덮개(12)로 밀폐된 상태에서 내부는 진공 상태를 유지하게 된다. 상기 상부 덮개(12)에는 유체 입출관(30)이 관통하여 외부 용기(10) 내부로 연장되고 내부 용기(20)를 관통하여 형성된다.

상기 내부 용기(20)는 액체 수소 등과 같은 저온 액체를 저장하는 공간으로, 외부 용기(10)의 내부에서 외부 용기(10)의 내주면과 이격되어 배치된다. 즉, 내부 용기(20)는 외부 용기(10)의 상부면, 내주면, 및 하부면으로부터 이격되어 위치한다.

상기 내부 용기(20)는 일반적으로 외부 용기(10)의 상부 덮개(12)에 상단이 결합되고 내부 용기(20)의 상부 덮개(22)에 하단이 결합된 지지로드(미도시)와, 유체 입출관(30)을 매개로 외부 용기(10) 내에 매달린 상태로 지지되며 추가적인 지지수단이 구비될 수 있다.

상기 외부 용기(10) 내주면과 내부 용기(20)의 외주면과의 사이에는 외부 상온으로부터 내부 용기(20)로의 열침입을 방지하기 위하여 진공 단열층(14)이 형성된다. 상기 진공 단열층(14)은 외부 용기(10)의 외부 상온과 내부 용기(20)의 저온 사이의 대류 열전달 및 공기에 의한 열전도를 최소화시키게 된다.

한편, 상기 상부 덮개(12)에는 상부 덮개(12)를 관통하는 관통구(16)가 형성되며, 상기 관통구(16)에는 상기 내부 용기(20)의 상단을 향해 아래로 연장된 중공관(40)이 설치된다. 바람직하게는 상기 중공관(40)의 하단은 내부 용기(20)의 상단과 이격되어 배치된다. 상기 중공관(40)에는 내부 용기(20) 내에 저장된 저온 액체 예컨대 액화 수소에서 증발되는 증발 가스(기체 수소)를 재액화할 수 있는 극저온 냉동기(C)를 수용할 수 있도록 형성된다. 즉 극저온 냉동기(C)가 극저온 상태임을 이용하여 열전도를 통해 상기 내부 용기(20)의 기체 수소를 다시 냉각시켜 액체 수소로 상변화 시키게 된다.

상기 중공관(40)은 극저온에서의 열전도도가 매우 낮고, 열수축 및 열팽창의 변위가 작은 저열전도성 소재로 형성될 수 있다. 저열전도성 소재는 바람직하게는 유리강화 에폭시 라미네이트(glass reinforced epoxy laminate; GREL)가 사용될 수 있다. GREL은 물리적 지지와 열전도 차단 기능을 함께 제공하는 데 적합하다. GREL의 종류로 G-10, G-11, G-10 CR 등과 같은 것이 있다.

또한, 상기 중공관(40) 내부에는 상기 극저온 냉동기(C)를 수용하여 냉동기(C)로부터 전달되는 극저온 상태의 냉동 에너지를 내부 용기(20)에 전달할 수 있는 열전달부(50)를 포함한다.

상기 열전달부(50)는 받침부(52), 히트 로더(heat loader, 54)를 포함하며, 내부 용기(20) 내부에 설치된 히트 스프레더(heat spreader, 56)와 연결된다.

상기 받침부(52)는 상기 극저온 냉동기(C)의 하단이 수용되도록 오목하게 형성된 수용홈(52a)을 포함한다.

그리고, 상기 히트 로더(heat loader, 54) 및 상기 히트 스프레더(56)는 냉동기(C)에 제공된 냉열 즉, 냉동 에너지를 상기 받침부(52)로부터 전달받아 내부 용기(20) 내부로 전달 확산가능하게 구성된다.

상기 히트 로더(54)는 상기 받침부(52)에 하부에 연결되어 내부 용기(20)를 향해 수직하게 아래로 연장된다.

도 2에 도시한 바와 같이, 상기 히트 스프레더(56)는 판형으로 형성되며 내부 용기(20)의 상부 덮개(22) 하단 즉, 내부 용기의 내측 상단면에 배치된다. 상기 히트 스프레더(56)는 히트 로더(54)와 연결된다. 상기 히트 스프레더(56)의 상단에는 내부 용기(20)의 상부 덮개(22)를 관통하여 상부로 연장되는 연결부(56a)가 형성되고 상기 연결부(56a)에 히트 로더(54)의 하단이 결합되는 방식으로 고정될 수 있다. 히트 스프레더(56)는 히터 로더(54)로 전달된 냉동 에너지를 고르게 전달할 수 있도록 구비되는 것으로 기화되어 상승하는 가스와 접촉하여 가스를 재액화시킨다. 상기 히트 로더(54)와 상기 히트 스프레더(56)는 일체로 형성될 수 있으며, 히트 로더(54)가 내부용기(20)의 상부 덮개(22)를 관통하여 내부에서 히트 스프레더(56)와 결합될 수 있다. 그러나 상부 덮개(22)의 기밀성 유지 등의 측면에서 판형의 히트 스프레더(56)가 상부 덮개(22)의 하단에 부착되는 것이 바람직하다. 또한, 히트 스프레더(56)의 상부에 형성된 연결부(56a)에 히트 로더(54)가 연결되는 것이 바람직하다. 또한 상기 히트 스프레더(56)의 하부에는 냉열의 효과적인 열전달을 위하여 열전달면적 확장용 핀(미도시)을 설치할 수 있다.

상기 받침부(52), 상기 히트 로더(54) 및 상기 히트 스프레더(56)는 열전도성이 우수한 다양한 소재들이 사용될 수 있다.

상기 중공관(40)에 결합되어 수용되는 극저온 냉동기(C)는 예컨대, 기체 수소를 수소 액화 온도인 20K 이하로 충분히 냉각할 수 있는 극저온 상태의 냉동 에너지를 상기 내부 용기(20)에 효과적으로 열전달할 수 있도록 받침부(52)의 수용홈(52a)의 바닥면에 접촉하게 삽입된다.

상기 중공관(40)의 하단과 상기 열전달부(50)의 상단 즉, 받침부(42) 사이에는, 상기 중공관(40) 내부와 상기 외부 용기(10) 내부 사이의 기밀을 가능하게 하는 기밀 유지부가 구비된다. 본 발명의 실시예에 의하면 기밀 유지부는 벨로우즈(60)로 구비된다. 벨로우즈(60)의 상단은 받침부(52)의 상단과 기밀 가능하게 결합되며, 벨로우즈(60)의 하단은 중공관(40)의 하단과 기밀가능하게 결합된다. 상기 중공관(40)은 상단이 상기 상부 덮개(12)의 천장면에 고정되고 하단이 내부 용기(20)의 덮개로부터 상방으로 간격을 두고 이격 형성되어 있으며, 그 하단이 벨로우즈(60)를 매개로 상기 받침부(52)의 상단과 연결되어 있다. 즉, 상기 벨로우즈(60)의 상단은 받침부(52)의 상단과 기밀가능하게 결합되고 상기 벨로우즈(60)의 하단은 중공관(40)의 하단과 기밀 가능하게 결합되므로 중공관(40) 내부와 외부 용기(10) 사이에는 유체 소통이 방지되며, 이로 인해 극저온 냉동기(C)의 착탈 과정에서 외부 용기(10) 내부의 진공이 유지될 수 있다.

상기 벨로우즈(60)는, 상기 받침부(52)의 상단으로부터 외측 하방으로 연장되어 중공관(40)의 내측 하단에서 만나서 고정되는데, 상측 일부는 주름진 형상을 갖는 벨로우즈 형상부(62)를 포함하며, 나머지 하측 일부는 상기 히트 로더(54)를 수용하는 관형의 연결관(64)을 포함한다.

상기 벨로우즈 형상부(62)는 다수의 주름진 부분을 가지므로 물체를 따라 이동하는 열전도의 측면에서 보면 열전도 경로를 길게 연장하는 기능을 하여 냉동기(C)로부터 중공관(40)으로의 전도에 의한 열전달을 차단할 수 있게 된다. 또한, 상기 벨로우즈 형상부(62)는 그 형상에 의하여 극저온 냉동기(C)에 착탈 과정에서 발생할 수 있는 충격을 흡수하고, 내부 용기(20)의 열수축 및 열팽창에 따른 변위에 따라 상기 받침부(52)의 변위를 흡수하는 기능을 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 중공관(40)이 저온에서도 열전도도가 낮은 저 열전도성 물질로 형성되므로 외부 용기(10)의 내부로 열유입을 효과적으로 방지할 수 있으며, 중공관(40)이 벨로우즈(60)와 열전달부(50)에 의해 내부 용기(20)에 연결되므로 길어진 열전도 경로에 의해 열유출이 더욱 효과적으로 감소된다.

또한 본 발명의 실시예에 따르면, 내부 용기(20)의 열수축 및 열팽창 변위가 벨로우즈(60)에 의해 흡수되므로 안정성이 향상된다. 중공관(40)이 열전달부(50)에 의해 내부 용기(20)와 간접적으로 연결된 경우 상기 내부 용기(20)로 액체 수소의 유출입에 따라 내부 용기(20)가 열수축 및 열팽창하여 내부 용기(20)에 변위력이 발생하고, 이는 내부 용기(20)의 안정성을 저해하는 스트레스 요인이 되나, 본 발명에 의하면, 내부 용기(20)는 중공관(40)과 직접 접촉하지 않고 벨로우즈(60)를 매개로 연결되므로 열수축 및 열팽창에 따른 열적 스트레스는 벨로우즈 형상부(62)의 길이방향 변형 즉, 수축 및 팽창에 의해 흡수된다. 따라서, 상기 내부 용기(20)의 구조적 안정성이 증가된다.

도 2 및 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 중공관(40)의 내주면과 상기 벨로우즈(60)의 외주면이 간격을 두고 서로 이격되어 있으며, 상기 중공관(40)의 하단과 상기 벨로우즈(60)의 연결관(64)의 하단 사이에는 중공관(40)과 연결관(64)을 기밀하게 결합하는 연결 브라켓(80)이 설치되어 있다. 그리고, 상기 연결 브라켓(80)의 바닥면을 관통하여 연결되는 동시에 상기 외부 용기(10)의 상부 덮개(12)를 관통하여 외부로 연장되는 기체 입출관(90)이 형성되어 있다. 즉, 기체 입출관(90)의 일측은 상기 연결 브라켓(80)의 바닥면을 관통하여 상기 중공관(40)의 내부와 연결되며 타측은 상기 외부 용기(10)의 상부 덮개(12)를 관통하여 외부와 연결된다.

상기 기체 입출관(90)에는, 상기 중공관(40) 내부의 진공을 유지하여 외부 용기(10)의 외부 상온과 중공관(40)의 저온 사이의 대류 열전달 및 공기에 의한 열전도를 방지할 수 있도록 상기 중공관(40) 내의 기체를 흡인/압축하여 대기중에 방출함으로써 중공관(40) 내의 진공도를 높일 수 있는 진공펌프(미도시)가 연결될 수 있다.

또한, 상기 기체 입출관(90)에는, 극저온 냉동기(C)를 중공관(40)으로부터 분리하기 전에 밀폐된 상기 중공관(40) 내에 수소 가스 등의 가스를 주입할 수 있도록 수소 가스탱크(미도시) 등의 가스 탱크와 연결될 수 있다. 상기 극저온 냉동기(C)를 상기 중공관(40)으로부터 분리할 때 기체 입출관(90)을 통해 가스를 주입함으로써 상기 중공관(40) 내부로 수분을 포함한 외부 증기가 유입되는 것을 방지하여 외부 공기 중에 포함된 수분으로 인하여 받침부(52)와 극저온 냉동기(C) 등에 결빙이 일어나는 것을 방지할 수 있다. 이때, 상기 중공관(40) 내로 주입되는 수소 가스는 동일한 작용을 하는 다른 기체가 사용될 수 도 있다.

도 3은 본 발명에 따른 밀폐 실린더(70)를 장착한 냉동기 착탈형 저온 액체 저장용기를 나타내는 절개사시도로서, 본원발명에 따른 냉동기 착탈형 저온 액체 저장용기의 중공관(40)에 수용되는 극저온 냉동기(C)를 통해 내부 용기(20) 내에 저장되는 액체 수소에서 증발되는 증발 가스를 재액화한 후, 냉동기 착탈형 저온 액체 저장용기의 중공관(40)에서 극저온 냉동기(C)를 분리하게 된다.

다음으로, 300K의 상온의 열이 외부 용기(10)의 상부 덮개(12)에 형성된 관통구(16)를 통해 유입되지 않도록 관통구(16)를 밀폐하는 밀폐 실린더(70)가 구비된다.

상기 밀폐 실린더(70) 내부에는 액체 질소 등의 저온 액체가 충진될 수 있다. 상기 밀폐 실린더(70)의 상부 관통구에는 실링마개(72)가 구비되어 내부에 액체 질수 동의 저온 유체를 충전가능하게 한다. 상기 밀폐 실린더(70)는 상기 중공관(40)의 소재와 마찬가지로 극저온에서의 열전도도가 매우 낮고, 열수축 및 열팽창의 변위가 작은 저열전도성 소재로 형성될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 냉동기 착탈형 저온 액체 저장용기는, 결합되는 극저온 냉동기(C)에 의해 내부 용기(20) 내에 저장되는 액체 수소에서 증발되는 기체 수소를 재액화하여 액체 수소로 상변화 시킴으로써, 열의 침입에 의해 발생하는 액체 수소의 증발 현상을 방지할 수 있다(zero boil off).

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예의 기재에 한정되지 않으며, 본 발명의 특허청구범위의 기재를 벗어나지 않는 한 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변형 실시 또한 본 발명의 보호범위 내에 있는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 외부 용기 12 : 상부 덮개
14 : 진공 단열층 16 : 관통구
20 : 내부 용기 22 : 덮개
30 : 유체 입출관 40 : 중공관
50 : 열전달부 52 : 받침부
52a : 수용홈 54 : 히트 로더
56 : 히트 스프레더 60 : 벨로우즈
62 : 벨로우즈 형상부 64 : 연결관
70 : 밀폐 실린더 72 : 실링마개
80 : 연결 브라켓 90 : 기체 입출관
C : 극저온 냉동기

Claims

상부 덮개로 밀폐된 외부 용기 및 상기 외부 용기 내부에서 상기 외부 용기 내면과의 사이에 공간을 형성하면서 배치되고 액체 수소가 저장되는 내부 용기와, 상기 외부 용기 내부로 연장되고 상기 내부 용기를 관통하여 액체 수소의 이송 경로가 되는 유체 입출관을 포함하는 냉동기 착탈형 저온 액체 저장용기에 있어서,
상기 상부 덮개를 관통하여 상기 내부 용기의 상단을 향해 연장되며 내부에 상기 외부 용기 내부와 유체 소통이 일어나지 않는 구분된 공간을 형성하는 중공관;
상기 중공관에 착탈 가능하게 수용되어 극저온 상태의 냉동 에너지를 내부 용기에 제공하는 극저온 냉동기;
상기 중공관의 내측에 형성되고, 상기 극저온 냉동기의 하단과 접촉하는 받침부와, 상기 받침부로 전달된 상기 극저온 냉동기의 냉동 에너지를 내부 용기에 전달하는 히트 로더를 구비하는 열전달부; 및,
상기 중공관에 착탈 가능하게 수용되며 상기 중공관에서 극저온 냉동기를 분리 후 상기 중공관을 밀폐하기 위하여 장착되는 밀폐 실린더를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동기 착탈형 저온 액체 저장용기.
제1항에 있어서,
상기 받침부에는 상기 극저온 냉동기의 하단이 수용되도록 오목하게 형성된 수용홈이 형성되며,
상기 히트 로더는 상기 받침부의 하부에 수직으로 연결되며,
상기 내부용기 내부에 배치되고, 상기 히트 로더와 연결되어 상기 히트 로더를 통해 전달된 냉동 에너지를 확산시키는 히트 스프레더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동기 착탈형 저온 액체 저장용기.
제2항에 있어서,
상기 히트 스프레더는, 판(disk)형으로 형성되어 상기 내부용기의 내부에서 상기 내부용기의 상부 덮개의 하면에 배치되는 것을 특징으로 하는 냉동기 착탈형 저온 액체 저장용기.
제3항에 있어서,
상기 히트 스프레더의 표면 하부에는 열전달 면적의 확장을 위하여 핀이 부착된 것을 특징으로 하는 냉동기 착탈형 저온 액체 저장용기.
제1항에 있어서,
상기 중공관의 하단은 상기 내부 용기의 상부 덮개와 이격하여 위치하며,
상단이 상기 받침부의 상단과 기밀가능하게 결합되고 내부에 상기 열전달부를 수용하면서 아래로 연장되고, 하단이 상기 중공관의 하단과 기밀가능하게 결합하는 기밀 유지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동기 착탈형 저온 액체 저장용기.
제5항에 있어서
상기 기밀 유지부는 벨로우즈 형상부를 구비한 벨로우즈로 형성되는 것을 특징으로 하는 냉동기 착탈형 저온 액체 저장용기.
제6항에 있어서,
상기 중공관 내부와 연통하여, 상기 중공관 내부의 진공을 유지하거나 기체를 주입할 수 있도록 하는 기체 입출관이 설치되며, 상기 기체 입출관은 상기 외부 용기 외부로 연장된 것을 특징으로 하는 냉동기 착탈형 저온 액체 저장용기.
제7항에 있어서,
상기 중공관의 하단과 상기 벨로우즈의 하단 사이에는 상기 중공관과 상기 벨로우즈를 기밀하게 결합하는 연결브라켓이 설치되고,
상기 기체 입출관의 일측은 상기 연결브라켓의 바닥면을 관통하여 상기 중공관 내부와 연결되며 타측은 상기 외부 용기의 상부 덮개를 관통하여 외부와 연결된 것을 특징으로 하는 냉동기 착탈형 저온 액체 저장용기.
제1항에 있어서,
상기 밀폐 실린더 내부에는 액체 질소가 충전 가능한 것을 특징으로 하는 냉동기 착탈형 저온 액체 저장용기.
제1항에 있어서,
상기 중공관 및 밀폐 실린더는 유리강화 에폭시 라미네이트(GREL)를 포함하는 저열전도성 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 냉동기 착탈형 저온 액체 저장용기.