KR20220112189A - 유체를 사용자 장치에 공급하기 위한 디바이스 - Google Patents

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KR20220112189A
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얀 펜네크
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레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레뜌드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드
레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드
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Abstract

유체를 사용자 장치에 공급하기 위한, 특히 수소 같은 극저온 연료를 엔진(3)에 공급하기 위한 디바이스이며, 디바이스(1)는 액상 및 기상을 포함하는 액화 극저온 유체 탱크(2), 사용자 장치(3), 탱크(2)에 연결되는 제1 단부 및 사용자 장치(3)에 연결되는 제2 단부를 포함하는 가열 유닛(7), 인출되는 유체를 위한 가열기(7)를 포함하는 인출 도관(4)을 포함하고, 디바이스(1)는 탱크(2)의 상단부에 연결되는 제1 단부, 탱크(2)의 하단부에 연결되는 제2 단부를 포함하는 가압 도관(5)을 포함하는 탱크(2)를 가압하기 위한 시스템을 포함하고, 가압 도관은 유체 펌핑 유닛(6) 및 가열 유닛(7)을 포함하고 기체 유체를 가열 유닛(7)에서 가열하고 이 가열된 유체를 액상으로 하부로 재주입하기 위해 기체 유체를 탱크로부터 인출하도록 구성되는 디바이스에 있어서, 가압 도관(5) 및 인출 도관(4)은 공통의 부분을 가지며, 가열 유닛 및 가열기는 단일 열 교환기(7)에 의해 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

유체를 사용자 장치에 공급하기 위한 디바이스{DEVICE FOR SUPPLYING FLUID TO A USER APPARATUS}
본 발명은 유체를 사용자 장치에 공급하기 위한 디바이스에 관한 것이다.
본 발명은 더 구체적으로는 유체를 사용자 장치에 공급하기 위한, 특히 수소와 같은 극저온 연료를 엔진에 공급하기 위한 디바이스에 관한 것이며, 상기 디바이스는 액상(liquid phase) 및 기상(gaseous phase)을 포함하는 액화 극저온 유체 탱크, 사용자 장치, 탱크에 연결되는 제1 단부 및 사용자 장치에 연결되는 제2 단부를 포함하는 가열 유닛, 인출되는 유체를 위한 가열기를 포함하는 인출 도관을 포함하고, 상기 디바이스는 탱크의 상단부에 연결되는 제1 단부, 탱크의 하단부에 연결되는 제2 단부를 포함하는 가압 도관을 포함하는 탱크를 가압하기 위한 시스템을 포함하고, 가압 도관은 유체 펌핑 유닛 및 가열 유닛을 포함하고 기체 유체를 가열 유닛에서 가열하고 이 가열된 유체를 액상으로 하부에 재주입하기 위해 기체 유체를 탱크로부터 인출하도록 구성된다.
본 발명은 특히 연료(예를 들어, 수소)의 극저온 저장을 위한 용기 및 차량의 엔진(예를 들어, 연료 전지)을 포함하는 조립체에 관한 것이다.
이러한 유형의 디바이스는 예를 들어 차량의 연료 전지가 액체 및/또는 기체 수소로 기능하게 하도록 설계된다.
이러한 유형의 디바이스를 차량에 통합하는 것은 안전, 비용, 및 질량(특히, 공중 차량의 경우)의 제약을 고려하여 최적화를 필요로 한다.
본 발명의 목적은 위에서 확인된 종래 기술의 단점의 전부 또는 일부를 극복하는 것이다.
이러한 목적을 위해, 위의 전제부에 의해 주어지는 일반적인 정의에 또한 부합하는 본 발명에 따른 디바이스는 실질적으로 가압 도관 및 인출 도관이 공통의 부분을 갖고 가열 유닛 및 가열기가 단일 열 교환기에 의해 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시형태는 다음의 특성 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
- 디바이스는 충전 도관을 포함하고, 충전 도관은 유체 공급원에 연결되도록 설계되는 제1 단부와 탱크에 연결되는 제2 단부를 포함하고;
- 충전 도관은 인출 도관 및 가압 도관과 별개이고, 그 제1 단부에 신속 연결 타입의 셔터만을 포함하고, 그 2개의 단부 사이에 다른 격리 밸브가 없고;
- 디바이스는 탱크의 상단부에 연결되는 단부 및 방출 영역에 연결되는 제2 단부를 포함하는 탈기 도관을 포함하고, 탈기 도관은 탱크의 외부로의 과잉 압력의 방출을 제어하도록 구성되는 밸브(들) 조립체를 포함하고;
- 탈기 도관은 인출 도관과 공통의 부분을 포함한다.
본 발명은 또한 청구항의 범위 내의 전술한 또는 후술되는 특징의 임의의 조합을 포함하는 임의의 대안적인 디바이스 또는 방법에 관한 것일 수 있다.
다른 특유한 특징과 장점은 도면을 참조하여 제공된 이하의 설명을 숙독할 때 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 디바이스의 구조 및 기능의 일 예를 도시하는 개략 부분도를 나타낸다.
유체를 공급하기 위한 디바이스(1)는 (하위 부분에서) 액상 및 (상위 부분에서) 기상을 포함하는 액화 극저온 유체(전형적으로 수소) 탱크(2)를 포함한다. 디바이스(1)는 연료 전지 또는 임의의 다른 엔진과 같은 사용자 장치(3)를 포함한다.
바람직하게, 탱크(2)는, 예를 들어 이중 벽을 가지며 진공 하에서 절연되는 극저온 저장 탱크이다.
디바이스(1)는 탱크(2)에 연결되는 제1 단부(바람직하게는, 기체 부분에 있지만, 변형예로서 또는 인출되는 액체와 조합하여 기능할 수도 있음) 및 사용자 장치에 연료 유체를 공급하기 위해 사용자 장치(3)에 연결되는 제2 단부를 포함하는 가열 유닛(7)을 포함한다.
인출 도관(4)은, 예를 들어 극저온 온도에서 비극저온 온도로, 예를 들어 -100℃와 +60℃ 사이에서 인출되는 유체를 가열하기 위해 인출되는 유체를 위한 가열기(7)를 포함한다. 도시되는 바와 같이, 인출 도관(4)은 밸브(13) 또는 셔터를 갖는 것이 바람직하다.
디바이스(1)는 가압 도관(5)을 포함하는 탱크(2)를 가압하기 위한 시스템을 또한 포함한다. 이러한 가압 도관(5)은 (가스를 수집하기 위해서) 탱크(2)의 상단부에 연결되는 제1 단부 및 바람직하게 탱크(2)의 하단부에 연결되는 제2 단부를 포함한다. 가압 도관(5)은 유체의 순환을 위한 유닛(6)(팬, 펌프, 압축기, 또는 임의의 다른 적절한 유닛) 및 가열 유닛(7)을 포함한다. 이는, 기체 유체를 탱크로부터 인출하고, 이를 가열 유닛(7)에서 가열하여 이를 액상으로 하부에 재주입함으로써, (예를 들어, 간단한 압력차에 의해 인출을 허용하기 위해) 탱크 내의 압력을 결정된 값으로 증가시킬 수 있게 한다.
유리한 특징에 따르면, 가압 도관(5) 및 인출 도관(4)은 공통의 부분을 가지며, 가열 유닛 및 가열기는 단일 열 교환기(7)에 의해 구성된다.
따라서, 엔진에 공급하거나 탱크(2)를 가압하기 위한 인출은 탱크(2)의 상부에 연결되는 단일 파이프를 사용할 수 있다. 따라서, 일반적인 동작의 대부분에서, 가스만이 추출될 수 있다. 이는 이러한 디바이스(1)를 포함하는 차량의 모든 임의의 이동 조건(경사, 진동, 난류 등)과의 완벽한 부합을 허용한다.
이러한 2개의 기능을 위해서, 즉 가스를 상온으로 가열하기 위해서 또는 탱크(2)를 가압하기 위해서, 하나의 교환기(7)(예를 들어, 단 하나)가 제공될 수 있다.
바람직하게는, 이 유닛은 탱크(2) 외부에 있고, 절연된 이중 벽 라인에 의해 연결된다. 열 교환기는 전용 진공 챔버 내에 수용될 수 있으며, 전용 진공 챔버의 주 기능은 유닛의 파괴/누설의 경우에 안전성을 보장하는 것이다.
2개의 별개의 시스템을 갖는 공지된 시스템보다 더 단순한 이러한 아키텍처는, 그럼에도 불구하고, 압력을 제어할 수 있게 한다. 사실상, (탱크의 크기에 따라 10 kW 내지 100 kW로) 매우 높을 수 있는, 필요한 가열 파워가 가능하다(특히, 모든 연료가 사용 압력의 포화 온도까지 가열되어야 할 때).
종래 기술에서 주창되는 이원 시스템과 대조적으로, 본 해결책은 상기 제약에 순응할 수 있게 한다.
탱크(2)는 탱크(2) 내로의 고온 가스의 직접적인 분사에 의해 가압될 수 있다. 소량의 고온 가스가 대략 4 kJ/g으로 대량의 열을 전달할 수 있다. 열은 확산된 기포를 가지는 주입기로 인해서 액체 내에서 효율적으로 확산될 수 있다. 파워는 (예를 들어, 유닛(6)을 통해) 질량 유량을 변화시킴으로써 쉽게 조절될 수 있다. 이 유닛(6)은 일반적으로 100 mBar의 높은 헤드 압력을 필요로 하지 않기 때문에 소형 공급 유닛일 수 있다.
디바이스(1)는 연료를 가압하고 이송하기 위해 동일한 열 교환기(7)를 사용한다. 이들 2개의 기능은 엔진(3) 내로의 연료의 분사의 역학에 부정적인 영향을 미치지 않으면서 교대로 사용될 수 있다.
디바이스는 또한, 탱크(2)의 상단부에 연결되는 단부 및 방출 영역에 연결되는 제2 단부를 포함하는 탈기 도관(8)을 포함하고, 탈기 도관(8)은 탱크(2)의 외부로 과잉 압력을 방출하도록 구성된 밸브(들) 조립체(9)를 포함한다. 이러한 탈기 도관(8)은 바람직하게는 (예를 들어, 탱크(2)에 연결된) 인출 도관(4)과 공통의 부분을 포함한다.
디바이스(1)는 바람직하게는 별개의 충전 도관(10)을 포함하고, 충전 도관은 유체 공급원에 연결되도록 설계된 제1 단부 및 (예를 들어, 상위 부분에서) 탱크(2)에 연결되는 제2 단부를 포함한다.
도관은 바람직하게는 그의 제1 단부에서 신속 연결 타입의 단 하나의 셔터(12)를 포함하고, 따라서 그의 2개의 단부들 사이에 다른 절연 밸브가 없다. 이는, 제조 비용을 낮춤으로써, 중력 지수(gravity index)를 개선함으로써, 그리고 신뢰성을 높임으로써 디바이스(1)의 유리한 단순화를 전적으로 제공한다.
충전 도관(10)은 예를 들어 단일 폐쇄 구성요소, 예를 들어 극저온 정지 밸브와 관련된 "존스톤(Johnston)" 타입의 연결부만을 포함할 수 있다. 이는 단일의 급속 자기 폐쇄 연결부(rapid self-closing connection)로 대체될 수 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다.
이러한 단순화로 인해, 충전 중에 과냉각된 유체의 전달이 가스를 거의 또는 전혀 발생시키지 않는 충전이 가능하다. 충전 중에 기화 가스가 발생하더라도, 충전/감압의 교호적 시퀀스가 단일 포트의 내부에서 예상될 수 있다. 이러한 감압은 바람직하게는 극저온적으로 절연되지 않는(열 교환기(7)로부터 하류의) 밸브(9) 및 탈기 도관(8)을 통해 수행될 수 있다. 이는 과잉 압력 또는 연료의 간단한 추출을 허용한다.
이로 인해 공지된 해결책에서 주창되는 밸브 박스를 생략하는 것이 가능하다.
따라서, 충전을 위해 단지 2개의 극저온 밸브(또는 단 하나 또는 하나도 없음)가 필요할 수 있으며, 이 밸브는 탱크(2)의 외부 구조체 상에 직접 통합될 수 있다.
탱크(2)는 충전 라인 상의 (그리고 필요한 경우에 복제될 수 있는) 보충적인 과잉 압력 밸브(11)에 의해 과잉 압력에 대해서 보호된다.
디바이스(1)의 모든 배관은 (결함이 있을 수 있는 밸브가 없이) 안전 유닛에 직접 연결될 수 있다.
열 교환기(7)는 결함의 경우에 메인 탱크(2)의 진공을 오염시키지 않기 위해 전용 진공 유닛에 수용될 수 있다.
연료 전지(3)로의 전달은 연료 열 교환기(7) 후에 위치된 주위 밸브에 의해 또는 탱크(2)의 감압에 의해 정지될 수 있다.
연료를 공급하기 위한 열 교환기(7)는 이격될 수 있고, 임의의 길이를 갖는 이중 벽 라인에 연결될 수 있다.
펌핑 유닛(6)은 임의의 길이를 갖는 이중 벽 라인에 소정 거리에서 연결될 수 있다. 안전 유닛은, 라인의 대형화를 제한하기 위해, 바람직하게는 2 m보다 짧은 길이를 갖는 이중 벽 라인에 소정 거리에서 연결될 수 있다. 각각의 서브-시스템이 개별적으로 생산될 수 있고, 그에 따라 복잡한 통합에 대한 필요성을 제한하고, 제약에 적응하기 위한 큰 자유도를 제공한다.

Claims (5)

  1. 유체를 사용자 장치에 공급하기 위한, 특히 수소 같은 극저온 연료를 엔진(3)에 공급하기 위한 디바이스로서, 디바이스(1)는 액상 및 기상을 포함하는 액화 극저온 유체 탱크(2), 사용자 장치(3), 탱크(2)에 연결되는 제1 단부 및 사용자 장치(3)에 연결되는 제2 단부를 포함하는 가열 유닛(7), 인출되는 유체를 위한 가열기(7)를 포함하는 인출 도관(4)을 포함하고, 디바이스(1)는 탱크(2)의 상단부에 연결되는 제1 단부 및 탱크(2)의 하단부에 연결되는 제2 단부를 포함하는 가압 도관(5)을 포함하는 탱크(2)를 가압하기 위한 시스템을 포함하고, 가압 도관은 유체 펌핑 유닛(6) 및 가열 유닛(7)을 포함하고 기체 유체를 가열 유닛(7)에서 가열하고 이 가열된 유체를 액상으로 하부로 재주입하기 위해 기체 유체를 탱크로부터 인출하도록 구성되는 디바이스에 있어서, 가압 도관(5) 및 인출 도관(4)은 공통의 부분을 가지며, 가열 유닛 및 가열기는 단일 열 교환기(7)에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 유체 공급원에 연결되도록 설계되는 제1 단부 및 탱크(2)에 연결되는 제2 단부를 포함하는 충전 도관(10)을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 충전 도관(10)은 인출 도관(4) 및 가압 도관(5)과 별개이며, 그 제1 단부에 신속 연결 타입의 오직 하나의 셔터만을 포함하고, 그 2개의 단부 사이에 다른 격리 밸브가 없는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 탱크(2)의 상단부에 연결되는 단부 및 방출 영역에 연결되는 제2 단부를 포함하는 탈기 도관(8)을 포함하며, 탈기 도관(8)은 탱크(2)의 외부로의 과잉 압력의 방출을 제어하도록 구성된 밸브(들) 조립체(9)를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  5. 제4항에 있어서, 탈기 도관(8)은 인출 도관(4)과 공통의 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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