KR20200145244A - Cryogenic liquid fuel storage structure for hydrogen fuel cell operation - Google Patents

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KR20200145244A
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Abstract

An objective of the present invention is to provide a cryogenic liquid fuel storage structure for hydrogen fuel cell driving. According to the present invention, the cryogenic liquid fuel storage structure comprises: an inner vessel which has a storage space for storing fuel and a heating unit on one side thereof, and is covered with an insulator; a fluid inflow/outflow pipe installed on an upper side of the inner vessel; an outer vessel separated and installed in a form of accommodating the inner container and the fluid inflow/outflow pipe; an injection port which has one end connected in a form of vertically passing through the outer vessel, has a safety valve and a gas discharge pipe of which an end is connected to the fluid inflow/outflow pipes and communicates with the outside, and is closed by a cap; and a gas discharge manifold wherein one end thereof is positioned in the inner vessel on one side of the inner vessel to discharge boil-off gas created in the inner vessel, and the other end thereof fixes inner and outer connection pipes connected to communicate with the injection port. The present invention injects fuel in a standing state when injecting fuel and uses fuel in a lying state when using fuel to efficiently supply fuel.

Description

수소 연료 전지 구동을 위한 극저온 액체 연료 탱크 구조물{Cryogenic liquid fuel storage structure for hydrogen fuel cell operation}Cryogenic liquid fuel storage structure for hydrogen fuel cell operation

본 발명은 극저온 액체 연료를 탑재하는 연료 탱크에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 단열 구조와 소재를 통해 외부로부터 내부를 적정 온도로 보호할 수 있도록 하고 더불어 연료 주입시에는 간편한 주입이 가능하도록 수직으로 세울 수 있도록 하는 한편 사용시에는 안정적으로 가스화 된 연료를 사용할 수 있도록 와상 형태인 눕혀서 사용할 수 있도록 하여 안전성과 사용 편의성을 확보하는 수소 연료 전지 구동을 위한 극저온 액체 연료 탱크 구조물에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel tank for mounting cryogenic liquid fuel, and more particularly, to protect the inside from the outside at an appropriate temperature through an insulating structure and material, and to be vertically installed to enable simple injection when fuel is injected. The present invention relates to a cryogenic liquid fuel tank structure for driving a hydrogen fuel cell that secures safety and ease of use by allowing the gasified fuel to be stably used during use.

화석 연료의 과다한 사용으로 인한 대기오염과 지구 온난화의 문제를 해결하기 위한 방안으로 최근 국내외에서는 탄화수소계가 아닌 연료를 사용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이와 같은 문제 해결을 위해 제안된 여러 가지 방법 중에서 가장 효율적이며 대표적인 방법이 바로 수소 에너지의 사용이다.As a way to solve the problems of air pollution and global warming caused by excessive use of fossil fuels, research to use non-hydrocarbon fuels has been actively conducted both at home and abroad. Among the various methods proposed to solve such a problem, the most efficient and representative method is the use of hydrogen energy.

수소 에너지는 탄화수소계 에너지와 달리, 연소시 이산화탄소의 배출 없이 오로지 물만 발생시키고 물로부터 다시 수소를 얻을 수 있으므로 재생 가능한 에너지원으로 분류할 수 있다.Unlike hydrocarbon-based energy, hydrogen energy can be classified as a renewable energy source because only water is generated without emission of carbon dioxide during combustion and hydrogen can be obtained again from water.

수소를 에너지원으로 사용하기 위해서는 이송의 간편성과 저장의 용이성이 보장되어야 하는 데, 이를 위해서는 고밀도화를 통해 수소의 부피를 축소시키는 것이 필요하다. 공지된 수소의 부피를 축소시켜 저장하는 방법 중 에너지 저장 밀도가 가장 큰 것은 수소를 액화시켜 액체수소 형태로 저장하는 방법이다. In order to use hydrogen as an energy source, simplicity of transport and ease of storage must be ensured. For this, it is necessary to reduce the volume of hydrogen through densification. Among known methods of storing hydrogen by reducing the volume, the largest energy storage density is a method of liquefying hydrogen and storing it in the form of liquid hydrogen.

최근에는 극저온 냉동기를 이용한 소형 수소 액화 장치에 관한 연구가 수행되고 있는 바, 극저온 냉동기의 효율 증대로 기체 수소를 수소 액화 온도인 20K 이하로 보다 용이하게 냉각하는 것이 가능하게 되었다.In recent years, research on a small hydrogen liquefaction apparatus using a cryogenic refrigerator has been conducted, and due to the increase in the efficiency of the cryogenic refrigerator, it has become possible to more easily cool gaseous hydrogen to a hydrogen liquefaction temperature of 20K or less.

한편, 연료전지는 연료와 산화제를 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시킨다. 연료를 소모시키며 전력을 생산하기 때문에 일회용 전지나 충전식 전지와 달리 연료만 공급되면 계속해서 사용할 수 있고, 연료를 연소시키는 것이 아니며 반응 후 열과 물만 배출하기 때문에 환경 친화적인 차세대 동력원으로 각광받고 있다.Meanwhile, a fuel cell generates electric energy by electrochemically reacting a fuel and an oxidizing agent. Unlike disposable batteries or rechargeable batteries, it consumes fuel and generates electricity, so it can be used continuously as long as only fuel is supplied, and it does not burn fuel and only discharges heat and water after reaction, so it is in the spotlight as an environmentally friendly next-generation power source.

도 1은 종래의 기술에 따른 연료전지 연료공급 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a diagram schematically showing a fuel cell fuel supply system according to the prior art.

도시된 바와 같이, 연료전지(20)는 수소 공급라인(30)을 통하여 수소 저장탱크(10)와 연결되고, 수소 저장탱크(10)로부터 기체 상태의 수소(GH2)를 공급받아 전기에너지를 발생시킨다. 수소 저장탱크(10)는 극저온에서 액화된 수소(LH2)를 저장하고 있으며, 액화 수소(LH2)가 기화되면서 수소 기체(GH2)는 저장탱크 내부의 압력에 의하여 공급라인(30)을 따라 연료전지(20)로 공급된다. As shown, the fuel cell 20 is connected to the hydrogen storage tank 10 through the hydrogen supply line 30, and generates electric energy by receiving gaseous hydrogen (GH2) from the hydrogen storage tank 10. Let it. The hydrogen storage tank 10 stores liquefied hydrogen (LH2) at cryogenic temperatures, and as the liquefied hydrogen (LH2) is evaporated, the hydrogen gas (GH2) is transferred to the fuel cell along the supply line 30 by the pressure inside the storage tank. Supplied to (20).

연료전지(20)에 연료를 공급하기 위해서는 수소 기체(GH2)가 일정한 압력을 유지하여야 하는데, 이를 위하여 수소 공급라인(30)에는 연료전지(20)에 공급되는 수소 기체(GH2)의 압력을 조절하기 위한 레귤레이터(40, Regulator)가 구비된다. 레귤레이터(40)는 수소 기체(GH2)의 압력이 약 1.5 내지 2.0 bar 범위가 되도록 조절하여 연료전지로 공급한다.In order to supply fuel to the fuel cell 20, the hydrogen gas (GH2) must maintain a constant pressure. To this end, the hydrogen supply line 30 controls the pressure of the hydrogen gas (GH2) supplied to the fuel cell 20. A regulator 40 for doing so is provided. The regulator 40 adjusts the pressure of the hydrogen gas GH2 to be in the range of about 1.5 to 2.0 bar and supplies it to the fuel cell.

한편, 수소 저장탱크에는 극저온 상태로 액화된 수소가 저장되므로, 수소가 기화되는 현상을 방지하기 위하여 저장탱크의 내부용기와 외부용기의 사이를 고진공 상태로 유지하여 외부로부터 유입되는 열을 최소화 한다. 이에 따라 저장탱크의 높은 단열 성능으로 인하여 액화된 수소가 쉽게 기화되지 못하는 경우가 발생한다. 따라서 종래의 연료전지 연료 공급시스템은 수소 저장탱크에 연료가 가득 채워져 있음에도 불구하고 기화되는 수소의 부족으로 연료전지에 충분한 수소기체가 공급되지 않을 수도 있다.Meanwhile, since liquefied hydrogen is stored in the hydrogen storage tank in a cryogenic state, heat introduced from the outside is minimized by maintaining a high vacuum state between the inner container and the outer container of the storage tank in order to prevent hydrogen from evaporating. Accordingly, there is a case in which liquefied hydrogen cannot be easily vaporized due to the high thermal insulation performance of the storage tank. Therefore, in the conventional fuel cell fuel supply system, even though the hydrogen storage tank is filled with fuel, sufficient hydrogen gas may not be supplied to the fuel cell due to insufficient hydrogen to be vaporized.

또한, 종래의 연료전지 연료 공급시스템은 연료 탱크 내부에 충분한 양의 액화 수소가 저장된 경우라 하더라도, 외부 환경의 변화에 따라 액화 수소가 충분히 기화되지 않아 연료전지가 필요로 하는 단위 시간당 공급 연료를 안정적으로 공급하지 못하는 경우가 자주 발생되고 있다.In addition, even when a sufficient amount of liquefied hydrogen is stored inside the fuel tank, the conventional fuel cell fuel supply system does not sufficiently vaporize liquefied hydrogen according to changes in the external environment, thereby stably supplying fuel per unit time required by the fuel cell. There are many cases in which it cannot be supplied.

그리고, 대기압에서 고밀도의 저장능력을 갖는 극저온 액체 상태 에너지 물질들 (액체 수소, 액체 산소, 액화천연가스 등)은 저장과 이송에 효율적이다. And, cryogenic liquid energetic substances (liquid hydrogen, liquid oxygen, liquefied natural gas, etc.) having a high-density storage capacity at atmospheric pressure are efficient for storage and transport.

하지만 이러한 물질들은 극저온의 기화점 (액체수소: 영하 253도, 액체산소: 영하 183도, 액화천연가스: 영하 162도 등)을 갖고 있어서 초고진공 단열기술이 요구된다. However, these materials have a cryogenic vaporization point (liquid hydrogen: minus 253 degrees, liquid oxygen: minus 183 degrees, liquefied natural gas: minus 162 degrees, etc.), so ultra-high vacuum insulation technology is required.

또한, 주입할 때는 극저온의 액체상태이나 탱크 내부에서 액상, 기상 두가지 상태로 존재하며 사용은 기체 상태를 사용한다. In addition, when injecting, it exists in cryogenic liquid state or in liquid state and gaseous state in the tank, and gas state is used for use.

기존의 극저온 액체 물질 저장 탱크는 상온의 외부용기와 저온의 내부용기 사이에 두 개 이상의 배관이 존재하여 액체 물질의 주입과 기화된 가스의 배출 및 안전밸브(relief valve)의 연결에 사용되어 이들 배관을 통한 외부 열 유입이 큰 문제점이 있었다.Existing cryogenic liquid substance storage tanks have two or more pipes between the outer container at room temperature and the inner container at low temperature, and are used for injecting liquid substances, discharging vaporized gas, and connecting a safety valve. There was a big problem with external heat inflow through.

한편, 진공 단열은 외부용기와 내부용기 사이에 일정한 공간을 두고 그 사이의 기체를 제거하여 대류 열전달의 형태로 전달되는 열유입을 차단하는 기술이며, 극저온 액체 저장 탱크에서는 이 공간의 고진공도 유지 기술이 극저온 액체의 증발 손실을 최소화 하는 핵심 기술이라 할 수 있다On the other hand, vacuum insulation is a technology that blocks heat inflow transmitted in the form of convective heat transfer by placing a certain space between the outer container and the inner container and removing gas therebetween.In cryogenic liquid storage tanks, a technology to maintain high vacuum in this space This is a key technology to minimize the evaporation loss of cryogenic liquids.

하지만, 극저온 단열 기술이 집약된 이중 구조의 탱크에 극저온 액체 연료를 담아 기화되는 기체를 동체의 연료로 쓰기 위해서는 연료 주입과 주입 후 동체의 탑재가 용이해야 하는데 상황에 따른 구조의 안전성을 갖추지 못하고 있다.However, in order to use the gas vaporized by containing cryogenic liquid fuel in a dual-structure tank in which cryogenic insulation technology is concentrated, fuel injection and mounting of the fuselage after injection must be easy, but the structural safety according to the situation is not secured. .

여기서 상술한 배경기술 또는 종래기술은 본 발명자가 보유하거나 본 발명을 도출하는 과정에서 습득한 정보로서 본 발명의 기술적 의의를 이해하는데 도움이 되기 위한 것일 뿐, 본 발명의 출원 전에 이 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 기술을 의미하는 것은 아님을 밝힌다.The background technology or the prior art described herein is information possessed by the present inventors or acquired in the process of deriving the present invention, and is only intended to help understand the technical significance of the present invention. It is stated that it does not mean a well-known technology in the field.

KR 특허등록 제10-0758666호 공고일 2007. 09. 13KR Patent Registration No. 10-0758666 Announced 2007. 09. 13 KR 특허공개 제10-2011-0118923호 공개일 2011. 11. 02KR Patent Publication No. 10-2011-0118923 Publication date 2011. 11.

이에 본 발명자는 상술한 제반 사항을 종합적으로 고려하면서 기존의 연료 탱크가 지닌 기술적 한계 및 문제점을 해결하려는 발상에서, 극저온 액체를 저장할 수 있도록 단열기술을 집약하되 연료의 주입이 용이하고 효율적으로 사용할 수 있도록 하는 연료 탱크를 개발하고자 각고의 노력을 기울여 부단히 연구하던 중 그 결과로써 본 발명을 창안하게 되었다.Accordingly, the inventors of the present invention comprehensively consider the above-described matters, and in the idea of solving the technical limitations and problems of the existing fuel tank, concentrated insulation technology to store cryogenic liquids, but the injection of fuel can be easily and efficiently used. The present invention was invented as a result of continuous research with great efforts to develop a fuel tank that enables it.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 연료의 주입시에는 입상 상태로 주입하고 연료를 사용시에는 와상 상태로 사용하도록 하여 연료의 공급이 효율적으로 이루어질 수 있도록 하는데 있는 것이다.Therefore, the technical problem and object to be solved by the present invention is to be able to efficiently supply fuel by injecting it in a granular state when fuel is injected and using it in a bed state when using fuel.

여기서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 이상에서 언급한 기술적 과제 및 목적으로 국한하지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제 및 목적들은 아래의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.Herein, the technical problems and objects to be solved by the present invention are not limited to the technical problems and objects mentioned above, and other technical problems and objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상술한 바와 같은 목적을 달성 및 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 구체적 수단은, 연료가 저장되는 저장공간을 가지며 일측에 히팅부가 구비되고 단열재로 커버되는 내부용기와, 상기 내부용기의 상측에 설치되는 유체입출관과, 상기 내부용기 및 유체입출관을 수용하는 형태로 이격 설치되는 외부용기와, 일단이 상기 외부용기를 상하방향으로 통과하는 형태로 연결되며 단부가 상기 유체입출관과 연결되고 외부로 통하는 가스배출관과 안전밸브를 가지며 마개를 통해 폐쇄되는 주입구와, 상기 내부용기에서 발생되는 보일오프가스(boil-off gas)를 배출하기 위해 상기 내부용기의 일측에서 일단이 상기 내부용기의 내측에 위치되고 타단이 상기 주입구에 연통되게 연결되는 내외측 연결배관을 고정하는 기체 배출 매니폴드를 제시한다.Specific means according to the present invention for achieving the above-described object and solving the technical problem include an inner container having a storage space in which fuel is stored, a heating part provided on one side, and covered with an insulating material, and an upper side of the inner container The fluid inlet and outlet pipe to be installed, the outer container spaced apart from each other in a form accommodating the inner container and the fluid inlet and outlet pipe, and one end is connected to pass the outer container in the vertical direction, and the end is connected to the fluid inlet and outlet pipe In order to discharge the boil-off gas generated from the inner container and an injection port that has a gas discharge pipe and a safety valve to the outside and is closed through a stopper, one end from one side of the inner container is inside the inner container. It presents a gas discharge manifold that fixes the inner and outer connection pipes which are located at and the other end is connected to be in communication with the inlet.

상기와 같은 목적의 달성과 기술적 과제를 해결하기 위한 수단 및 구성을 갖춘 본 발명은, 주입시 편리한 입상 주입이 가능하도록 하였고, 사용시 안정적인 와상 사용이 가능하도록 설계된 장점이 있다. The present invention with means and configurations for achieving the above object and solving the technical problem has the advantage of being designed to enable convenient granular injection during injection, and to enable stable use of the bed during use.

또한, 기체 배출용 매니폴드와 일체화된 유체입출관은 기존의 복수 배관(입력부와 출력부 등)을 통한 외부 열 유입을 줄였고 특히, 극저온 단열소재를 사용하여 내부 열침입율을 효과적으로 감소시킴으로서 기화손실을 억제시키는 장점이 있다.In addition, the fluid inlet and outlet pipe integrated with the gas discharge manifold reduces the inflow of external heat through the existing multiple pipes (input and output, etc.), and in particular, the use of cryogenic insulation materials effectively reduces the internal heat intrusion rate, resulting in loss of vaporization. There is an advantage to suppress it.

또한, 와상 형태의 사용에 있어서 주입구를 통한 기체의 배출이 가능하도록 하였고, 마개를 통한 밀폐 후 저장된 액체는 흐르지 않고 동시에 내부용기에서 생성된 기체는 원활히 기체 배출 매니폴드를 통해 배출되어 일체화된 주입구 구조체를 통해 기체를 공급받을 수 있는 장점이 있다.In addition, in the use of the vortex type, the gas can be discharged through the inlet, and the stored liquid does not flow after sealing through the stopper, and the gas generated in the internal container is smoothly discharged through the gas discharge manifold, which is an integrated inlet structure. There is an advantage that gas can be supplied through.

또한, 주입구에 액체 주입 튜브가 간편하게 삽입될 수 있어 액체 연료의 역류가 방지되었고 더불어 열전도율이 극히 작은 유체입출관을 통해 열출입을 최소화 시킨 장점이 있다.In addition, since the liquid injection tube can be easily inserted into the injection port, the liquid fuel is prevented from flowing backward, and heat flow is minimized through a fluid inlet and outlet pipe having an extremely small thermal conductivity.

여기서 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 국한하지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.Here, the effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

도 1은 종래의 기술에 따른 연료 공급 시스템을 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 극저온 액체 연료 탱크의 단면도이다.
도 3은 도 2의 요부 확대도로 세워진 상태를 도시한 요부 단면도이다.
도 4는 도 3에서 마개가 분리된 상태를 도시한 분리상태 단면도이다.
1 is a schematic diagram showing a fuel supply system according to the prior art.
2 is a cross-sectional view of a cryogenic liquid fuel tank according to the present invention.
3 is a cross-sectional view of a main part showing a state erected in an enlarged view of the main part of FIG. 2.
4 is a cross-sectional view illustrating a state in which the stopper is separated in FIG. 3.

이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

이에 앞서, 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이는 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 개념과 당해 기술분야에서 통용 또는 통상적으로 인식되는 의미로 해석하여야 함을 명시한다.Prior to this, the terms to be described later are defined in consideration of functions in the present invention, and this should be interpreted as a concept conforming to the technical idea of the present invention and a meaning commonly or commonly recognized in the art.

또한, 본 발명과 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, when it is determined that a detailed description of known functions or configurations related to the present invention may obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

여기서 첨부된 도면들은 기술의 구성 및 작용에 대한 설명과, 이해의 편의 및 명확성을 위해 일부분을 과장하거나 간략화하여 도시한 것으로, 각 구성요소가 실제의 크기 및 형태와 정확하게 일치하는 것은 아님을 밝힌다.Herein, the accompanying drawings are partially exaggerated or simplified for explanation of the configuration and operation of the technology, and for convenience and clarity of understanding, and it is understood that each component does not exactly match the actual size and shape.

아울러 본 명세서에서 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함하는 의미이며, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In addition, in the present specification, the term and/or means a combination of a plurality of related items or any item among a plurality of related items, and when a certain part includes a certain element, it is a particularly opposite description. Unless there is no other component is not excluded, it means that other components can be further included.

즉, 본 명세서에서 설명하는 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해해야 한다.That is, it means that the features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the present specification exist, and one or more other features or numbers, step-action components, parts, or a combination thereof It is to be understood that they do not exclude the possibility of their existence or addition.

그리고 상단, 하단, 상면, 하면, 또는 상부, 하부, 상측, 하측, 전후, 좌우 등의 용어는 각 구성요소에 있어 상대적인 위치를 구별하기 위해 편의상 사용한 것이다. 예를 들어, 도면상의 위쪽을 상부로 아래쪽을 하부로 명명하거나 지칭하고, 길이 방향을 전후 방향으로, 폭 방향을 좌우 방향으로 명명하거나 지칭할 수 있다.In addition, terms such as top, bottom, top, bottom, or top, bottom, top, bottom, front and rear, left and right are used for convenience to distinguish the relative positions of each component. For example, the upper part on the drawing may be named or referred to as the upper part and the lower part as the lower part, the length direction as the front-rear direction, and the width direction as the left-right direction.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있다. 즉, 제1, 제2 등의 용어는 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 구성요소는 본 발명의 보호범위를 벗어나지 않는 한에서 제2 구성요소로 명명할 수 있고, 또 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명할 수도 있다.Also, terms such as first and second may be used to describe various components. That is, terms such as first and second may be used only for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, a first component may be referred to as a second component without departing from the protection scope of the present invention, and a second component may also be referred to as a first component.

본 발명은 극저온 액체 연료 탱크를 구성함에 있어 연료의 주입시에는 입상 상태로 주입하고 연료를 사용시에는 와상 상태로 사용하도록 하여 연료의 공급이 효율적으로 이루어질 수 있도록 하는 극저온 액체 연료 탱크에 관한 것이다.The present invention relates to a cryogenic liquid fuel tank in which a cryogenic liquid fuel tank is constructed so that fuel can be efficiently supplied by injecting it in a granular state when fuel is injected and using it in an eddy state when using fuel.

본 발명은 도 2 내지 도 4의 도시에 의하여, 연료가 저장되는 저장공간을 가지며 일측에 히팅부가 구비되고 단열재로 커버되는 내부용기(100)와, 상기 내부용기(100)의 상측에 설치되는 유체입출관(200)과, 상기 내부용기(100) 및 유체입출관(200)을 수용하는 형태로 이격 설치되는 외부용기(300)와, 일단이 상기 외부용기(300)를 상하방향으로 통과하는 형태로 연결되며 단부가 상기 유체입출관(200)과 연결되고 외부로 통하는 가스배출관(410)과 안전밸브(420)를 가지며 마개(430)를 통해 폐쇄되는 주입구(400)와, 상기 내부용기(100)에서 발생되는 보일오프가스(boil-off gas)를 배출하기 위해 상기 내부용기(100)의 일측에서 일단이 상기 내부용기(100)의 내측에 위치되고 타단이 상기 주입구(400)에 연통되게 연결되는 내외측 연결배관(510)(520)을 고정하는 기체 배출 매니폴드(500)를 포함하여 구성될 수 있다.According to the present invention, as shown in FIGS. 2 to 4, an inner container 100 having a storage space for storing fuel and provided with a heating unit on one side and covered with an insulating material, and a fluid installed on the upper side of the inner container 100 An inlet/outlet pipe 200, an outer vessel 300 spaced apart from each other in a form accommodating the inner vessel 100 and the fluid inlet and outlet pipe 200, and one end passing through the outer vessel 300 in the vertical direction The inlet 400 is connected to the fluid inlet and outlet pipe 200 and has a gas discharge pipe 410 and a safety valve 420 connected to the outside and is closed through a stopper 430, and the inner container 100 In order to discharge the boil-off gas generated from), one end of the inner container 100 is located inside the inner container 100 and the other end is connected in communication with the inlet 400 It may be configured to include a gas discharge manifold 500 for fixing the inner and outer connection pipes 510 and 520.

내부용기(100)는, 연료가 저장되는 저장공간(110)을 가지며 일측에 신호값에 따라 히팅열을 발산하는 히팅부(120)가 구비되고 단열재(130)로 커버된다.The inner container 100 has a storage space 110 in which fuel is stored, a heating unit 120 for dissipating heating heat according to a signal value is provided on one side, and is covered with an insulating material 130.

히팅부(120)는, 센싱된 신호값에 따라 전원인가에 따른 히팅열을 통해 상기 내부용기(100)의 외측에 극저온 액체의 기화량을 조절하게 된다.The heating unit 120 adjusts the vaporization amount of the cryogenic liquid outside the inner container 100 through heating heat according to power application according to the sensed signal value.

단열재(130)는, 유리 섬유, 다층 단열필름(MLI:multi-layer insulation)을 사용하여 내부용기(100)와 외부용기(300) 사이의 열 출입을 최소화 시키도록 할 수 있다.The heat insulating material 130 may be made to minimize heat access between the inner container 100 and the outer container 300 by using glass fiber and multi-layer insulation (MLI).

유체입출관(200)은, 상기 내부용기(100)가 세워진 경우 그 상측에 위치되도록 설치되는 것이며, 열전도가 작은 소재가 적용된다. 이는 중심에 축방향을 따라 안내홀이 형성된 것으로, 일단이 상기 내부용기(100)과 연통되도록 설치되고 타단이 상기 주입구(400)의 일측과 연결되어 재료 특성을 통해 상기 주입구(400)를 통해 전달되는 외부 열 침입을 최대한 방지할 수 있게 된다.The fluid inlet and outlet pipe 200 is installed so as to be positioned above the inner container 100 when it is erected, and a material having low heat conduction is applied. This is a guide hole formed in the center along the axial direction, one end is installed to communicate with the inner container 100, the other end is connected to one side of the injection hole 400, and transmitted through the injection hole 400 through material properties It is possible to prevent the intrusion of external heat as much as possible.

기체 배출 매니폴드(500)는, 상기 내부용기(100)의 내부 저장공간(110)에서 기화되는 기체를 배출하기 위한 것으로 내측 연결배관(510)은 입상에서의 연료 주입시 주입되는 액체가 역류하지 않도록 길게 주입구까지 위치시키도록 하고 최대한 벽면에 밀착되도록 하여 와상 상태로 사용할 때 윗쪽 빈공간의 기체만 배출되도록 하게 된다. 그리고 외측 연결배관(520)은 이격공간(310)에 설치된 것으로 기체 배출 매니폴드(500)를 통해 일단이 내측 연결배관(510)과 연결되고 타단이 주입구(400)의 일측과 연결되어 가스배출관(410)과 연통되게 된다.The gas discharge manifold 500 is for discharging the gas vaporized in the internal storage space 110 of the inner container 100, and the inner connection pipe 510 does not allow the injected liquid to flow back when fuel is injected in the granular form. It should be placed as long as possible to the inlet port so that it adheres to the wall as close as possible so that only the gas in the upper empty space is discharged when used in a bed state. And the outer connection pipe 520 is installed in the spaced space 310, one end is connected to the inner connection pipe 510 through the gas discharge manifold 500, and the other end is connected to one side of the inlet 400, the gas discharge pipe ( 410).

여기서, 상기 주입구(400)와 상기 유체입출관(200)은 일체로 형성된 것을 적용하여도 무방할 것이다.Here, the injection port 400 and the fluid inlet and outlet pipe 200 may be formed integrally.

이에 따라 상기 내부용기(100)에서 발생되는 기체가 내측 연결배관(510)과 외측 연결배관(520)을 통해 주입구(400)로 유입된 후 가스배출관(410)을 통해 연결튜브로 공급되게 된다.Accordingly, the gas generated from the inner container 100 flows into the inlet 400 through the inner connection pipe 510 and the outer connection pipe 520 and is supplied to the connection tube through the gas discharge pipe 410.

외부용기(300)는, 상기 내부용기(100) 및 유체입출관(200)을 수용하는 형태로 이격 설치되어 이격공간(310)을 형성하게 되고, 일측에 주입구(400)가 고정 설치된다.The outer container 300 is spaced apart from each other to accommodate the inner container 100 and the fluid inlet and outlet pipe 200 to form a spaced space 310, and an injection port 400 is fixedly installed on one side.

이격공간(310)은, 상기 내부용기(100)와 외부용기(300)에 의해 형성되는 것으로, 대류 및 전도에 의한 열출입을 줄이기 위해 고진공상태의 공간이 형성될 수 있도록 한다.The spaced space 310 is formed by the inner container 100 and the outer container 300, and allows a space in a high vacuum state to be formed in order to reduce heat entry and exit due to convection and conduction.

또한, 이격공간(310)의 벽면에는 고진공 상태를 장시간 유지하기 위해 가스 흡착재(330)가 설치되며, 상기 가스 흡착재(330)는 나노 세공 물질로 이루어지며, 통기성이 있는 주머니 등에 담겨진 형태로 부착되도록 할 수 있다.In addition, a gas adsorption material 330 is installed on the wall surface of the spaced space 310 to maintain a high vacuum state for a long time, and the gas adsorption material 330 is made of a nanopore material, so that it is contained in a breathable pocket. can do.

또한, 상기 내부용기(100)와 외부용기(300)의 이격공간(310)에는 스페이서(320)가 구비되며, 상기 스페이서(320)는, 가볍고 내부 기공이 많은 저열전달 물질로 제작된 것을 적용한다.In addition, a spacer 320 is provided in the space 310 between the inner container 100 and the outer container 300, and the spacer 320 is made of a low heat transfer material that is light and has many inner pores. .

상기 주입구(400)는, 상기 유체입출관(200)과 일체를 이루며 그 상측에서 "+" 자 형태로 이루어지고, 일단이 상기 외부용기(300)를 상하방향으로 통과하는 형태로 연결되고, 외부로 통하는 가스배출관(410)과 안전밸브(420)를 가지도록 구성된다.The injection port 400 is integrally formed with the fluid inlet and outlet pipe 200 and has a "+" shape on the upper side thereof, and one end is connected to pass through the external container 300 in the vertical direction, and It is configured to have a gas discharge pipe 410 and a safety valve 420 through.

상기 가스배출관(410)은, 내부용기(100)에서 발생되는 기화된 기체를 배출하게 된다.The gas discharge pipe 410 discharges the vaporized gas generated in the inner container 100.

상기 마개(430)는, 긴 대롱 형태의 중공바(432)로 형성되는 것이며, 상기 중공바(432)의 일단에 외경이 경사진 차단부(434)가 돌출 형성되어 상기 유체입출관(200)의 단부를 폐쇄시키켜 끼워져 고정되도록 손잡이부(436)가 형성된다.The stopper 430 is formed of a hollow bar 432 in the form of a long round shape, and a blocking portion 434 having an inclined outer diameter protrudes at one end of the hollow bar 432 to form the fluid inlet and outlet pipe 200 The handle portion 436 is formed to be fitted and fixed by closing the end of the.

이에 따라, 상기 차단부(434)가 상기 유체입출관(200)의 안내홀을 차단하게 되면, 상기 기체 배출 매니폴드(500)의 내측 연결배관(510) 및 외측 연결배관(520)이 주입구(400)를 통해 가스배출관(410)과 연통되어 기체를 상기 가스배출관(410)을 통해 배출시킬 수 있게 된다. 상기 마개(430) 및 긴 대롱 형태의 중공바(432)로의 경우에도 상기 유체입출관(200)과 동일한 극저온 단열 소재로 적용하여 극저온 액체가 담겼을때 외부로부터 들어오는 열침입을 차단하여 단열을 극대화함이 바람직하다. Accordingly, when the blocking part 434 blocks the guide hole of the fluid inlet and outlet pipe 200, the inner connection pipe 510 and the outer connection pipe 520 of the gas discharge manifold 500 are inlet ( The gas is communicated with the gas discharge pipe 410 through 400, so that the gas can be discharged through the gas discharge pipe 410. In the case of the stopper 430 and the hollow bar 432 in the form of a long tube, it is applied with the same cryogenic insulation material as the fluid inlet and outlet pipe 200 to maximize heat insulation by blocking heat intrusion from outside when cryogenic liquid is contained. It is desirable to do it.

이상에서와 같이 구성되는 본 발명에 따른 극저온 액체 연료 탱크의 바람직한 사용상태를 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하면 다음과 같다. A preferred state of use of the cryogenic liquid fuel tank according to the present invention configured as described above will be described with reference to the accompanying drawings.

극저온 액체를 주입시에는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와같이 주입구(400)가 윗쪽을 향하도록 세운다음 도 4에 도시된 바와 같이 마개(430)를 분리시킨 후 외부 주입관을 주입구(400)를 통해 유체입출관(200)에 밀착시킨 후 액체 연료를 주입한다. 그러면, 내부용기(100)의 저장공간(110)에는 액체 연료가 낙하되는 형태로 주입되어져 저장공간(110)에 가득 채워질 수 있게 된다.When injecting the cryogenic liquid, as shown in Figs. 3 and 4, the injection port 400 is erected upward, and then the stopper 430 is removed as shown in Fig. 4, and then the external injection tube is inserted into the injection port 400. ) Through the fluid inlet and outlet pipe 200, and then liquid fuel is injected. Then, the liquid fuel is injected into the storage space 110 of the inner container 100 in the form of falling, so that the storage space 110 can be filled.

사용시에는, 분리된 마개(430)로 유체입출관(200)를 폐쇄 상태로 닫은다음 사용장소에 위치시킨 후 도 2에 도시된 바와같이 외부용기(300)를 눕힌다. 이때, 기체 배출 매니폴드(500)가 윗쪽을 향하도록 눕히면 된다. 이때 내측 연결배관(510)이 윗쪽에 위치하게 되어 가스만을 유입시킬 수 있게 된다. 그런 다음 가스배출관(410)을 개방시키면 내부용기(100)에서 기화된 기체가 기체 배출 매니폴드(500)의 내측 연결배관(510)을 통해 이격공간(310)의 외측 연결배관(520)을 순차적으로 통과하면서 가스배출관(410)을 통해 배출되어 공급되게 된다.In use, the fluid inlet and outlet pipes 200 are closed in a closed state with the separated stopper 430, and then placed at the place of use, and then the outer container 300 is laid down as shown in FIG. 2. At this time, the gas discharge manifold 500 may be laid to face upward. At this time, the inner connection pipe 510 is located on the upper side so that only gas can be introduced. Then, when the gas discharge pipe 410 is opened, the gas vaporized in the inner container 100 sequentially connects the outer connection pipe 520 of the separation space 310 through the inner connection pipe 510 of the gas discharge manifold 500. It is discharged and supplied through the gas discharge pipe 410 while passing through.

도면중 부호 521은 극저온 단열소재 연결관이며, 극저온 단열소재를 사용하여 내부 열침입을 효과적으로 감소시키는 장치이다.Reference numeral 521 in the drawing is a connection pipe of a cryogenic insulation material, and a device that effectively reduces internal heat intrusion by using a cryogenic insulation material.

한편, 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 안에서 예시되지 않은 여러 가지로 다양하게 변형하고 응용할 수 있음은 물론이고 각 구성요소의 치환 및 균등한 타 실시 예로 변경하여 폭넓게 적용할 수도 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백하다.On the other hand, the present invention is not limited by the above-described embodiments and the accompanying drawings, and can be variously modified and applied in various ways not illustrated without departing from the technical spirit of the present invention. It is obvious to those of ordinary skill in the art that substitutions and other equivalent embodiments may be widely applied.

그러므로 본 발명의 기술적 특징을 변형하고 응용하는 것에 관계된 내용은 본 발명의 기술사상 및 범위 내에 포함되는 것으로 해석하여야 할 것이다.Therefore, the content related to the modification and application of the technical features of the present invention should be interpreted as being included within the spirit and scope of the present invention.

100: 내부용기
200: 유체입출관
300: 외부용기
310: 이격공간 320: 스페이서
330: 가스흡착재
400: 주입구
410: 가스배출관 420: 안전밸브
430: 마개
432: 중공바 434: 차단부
436: 손잡이부
500: 기체 배출 매니폴드
510: 내측 연결배관 520: 외측 연결배관
521: 극저온 단열소재 연결관
100: inner container
200: fluid inlet and outlet pipe
300: external container
310: separation space 320: spacer
330: gas absorbent
400: inlet
410: gas discharge pipe 420: safety valve
430: plug
432: hollow bar 434: blocking portion
436: handle part
500: gas exhaust manifold
510: inner connection pipe 520: outer connection pipe
521: Cryogenic insulation material connector

Claims (4)

연료가 저장되는 저장공간을 가지며 일측에 히팅부가 구비되고 단열재로 커버되는 내부용기와, 상기 내부용기의 상측에 설치되는 유체입출관과, 상기 내부용기 및 유체입출관을 수용하는 형태로 이격 설치되는 외부용기와, 일단이 상기 외부용기를 상하방향으로 통과하는 형태로 연결되며 단부가 상기 유체입출관과 연결되고 외부로 통하는 가스배출관과 안전밸브를 가지며 마개를 통해 폐쇄되는 중공이 형성되는 주입구와, 상기 내부용기에서 발생되는 보일오프가스(boil-off gas)를 배출하기 위해 상기 내부용기의 일측에서 일단이 상기 내부용기의 내측에 위치되고 타단이 상기 주입구에 연통되게 연결되는 내외측 연결배관을 고정하는 기체 배출 매니폴드를 포함하여 구성되는 극저온 액체 연료 탱크 구조물.
An inner container having a storage space for storing fuel and provided with a heating unit on one side and covered with an insulating material, a fluid inlet and outlet pipe installed on the upper side of the inner container, and a spaced apart installation in a form accommodating the inner container and the fluid inlet and outlet pipes. An injection port having an external container and one end connected to the external container in a vertical direction, an end connected to the fluid inlet and outlet pipe, a gas discharge pipe leading to the outside, a safety valve, and a hollow formed through a stopper, In order to discharge the boil-off gas generated from the inner container, one end of the inner container is located inside the inner container and the other end is connected to the inlet in communication with the inner and outer connection pipes are fixed. A cryogenic liquid fuel tank structure comprising a gas discharge manifold.
제1항에 있어서,
상기 마개는, 긴 대롱 형태의 중공바로 형성되는 것이며, 상기 중공바의 일단에 차단부가 돌출 형성되어 상기 유체입출관의 단부를 폐쇄시키며 끼워져 고정되도록 손잡이부가 형성되는 극저온 액체 연료 탱크 구조물.
The method of claim 1,
The stopper is formed as a hollow bar in the form of a long long, and a blocking portion is formed protruding from one end of the hollow bar to close the end of the fluid inlet and outlet pipe, and a handle portion is formed to be fitted and fixed.
제1항에 있어서,
상기 차단부에 경사면이 형성되고 상기 유체입출관의 단부에 경사면이 형성되어 상호 경사진 상태로 폐쇄상태를 유지하도록 함을 특징으로 하는 극저온 액체 연료 탱크 구조물.
The method of claim 1,
A cryogenic liquid fuel tank structure, characterized in that an inclined surface is formed in the blocking portion and an inclined surface is formed at an end of the fluid inlet and outlet pipe to maintain a closed state in a mutually inclined state.
제1항에 있어서,
상기 기체 배출 매니폴드와 연결된 외측 연결배관 중간에 극저온 단열 소재 연결관을 삽입하여 내부 열침입을 효과적으로 감소시킴을 특징으로 하는 극저온 액체 연료 탱크 구조물.
The method of claim 1,
A cryogenic liquid fuel tank structure, characterized in that a cryogenic insulation material connection pipe is inserted in the middle of the outer connection pipe connected to the gas discharge manifold to effectively reduce internal heat intrusion.
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