KR20230105426A - 저온액화가스를 이용한 액화수소 저장시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저온액화가스를 이용한 액화수소 저장시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 액화수소탱크 외부에 구비된 단열재 사이에 저온액화가스를 충전함으로써 액화수소탱크로 열이 침투되지 않도록 하는 저온액화가스를 이용한 액화수소 저장시스템에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 내부에 소정의 공간이 구비되어 저온액화가스를 저장하는 저온액화가스탱크; 상기 저온액화가스탱크를 둘러싸며 열전달을 차단하는 외부단열재; 상기 저온액화가스탱크의 소정의 공간에 구비되어 액화수소를 저장하는 액화수소탱크; 및 상기 액화수소탱크를 둘러싸며 열전달을 차단하는 내부단열재;를 포함하여, 상기 저온액화가스탱크 내부에 저장되는 저온액화가스가 외부로부터 침입되는 열을 흡수하여 증발시킴으로써 상기 액화수소탱크 내부로 흡수되는 열 침입을 방지하는 것을 특징으로 하는, 저온액화가스를 이용한 액화수소 저장시스템을 제공한다.

Description

저온액화가스를 이용한 액화수소 저장시스템{Liquid hydrogen storage system using low-temperature liquefied gas}
본 발명은 저온액화가스를 이용한 액화수소 저장시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 액화수소탱크 외부에 구비된 단열재 사이에 저온액화가스를 충전함으로써 액화수소탱크로 열이 침투되지 않도록 하는 저온액화가스를 이용한 액화수소 저장시스템에 관한 것이다.
에너지 분야 전문가들은 2020년부터 환경친화적 신에너지인 수소가 본격적으로 활용되고 2030년부터는 수소의 활용이 대중화될 것으로 전망하고 있다.
수소는 단위 질량당 에너지 밀도가 가장 큰 물질이나 단위 부피당 밀도가 매우 낮아 이를 저장, 운송 및 활용하기 위해서는 고압압축 또는 액화를 진행해야한다.
그리고, 수소를 액화하기 위해서는 냉매를 압축 후 냉각하고 이를 팽창하여 온도를 낮추고, 낮은 온도에서 흡열하는 과정을 진행해야 한다.
이때, 극저온 액체를 저장하고 있는 탱크는 상온으로부터 전도, 대류 및 복사로 인한 열이 유입하게 된다. 탱크 내부의 극저온 액체는 외부 열유입으로 인해 탱크의 벽면에서 액체의 유동이 발생하게 되고 액체와 기체 사이의 증발이 일어나게 되어 증발손실이 발생하게 된다.
이러한 손실을 방지하기 위해 열유입을 최소화할 수 있는 단열기술이 복합적인 형태로 개발되고 있다.
그러나, 종래의 기술에서는 단열재의 두께가 매우 두꺼우며 설치 및 유지보수에 많은 비용이 발생하는 문제점이 있다.
국내등록특허공보 제10-2105883호에는, 기능 개선형 액화수소 연료탱크가 개시되어 있으며, 구체적으로는 "액화수소의 보관이 이루어지는 내조탱크(10)와; 상기 내조탱크(10)를 진공으로 둘러싸며 구성되는 외조탱크(100)와; 상기 외조탱크(100) 내부공간을 진공으로 유지시키기 위해 구비된 진공포트(110)와; 상기 내조탱크(10)로 액화수소를 충전하기 위해 연결 구비되는 액화수소 충전구(20)와; 상기 내조탱크(10) 내부를 다수로 구획하기 위해 구비된 격막(30)과; 상기 내조탱크(10)의 내부압력 측정이 이루어지는 압력게이지(40)와; 상기 내조탱크(10)의 압력을 일정하게 유지시키기 위해 연결된 안전밸브(50)와; 상기 내조탱크(10)에 보관되는 액화수소를 공급하는 공급라인(60)과; 상기 내조탱크(10)에 보관되는 액화수소가 공급라인으로 공급되는 과정에서 역류를 방지하기 위해 "S"형상을 이루어 구비되는 액트랩부(70);를 포함하고, 상기 격막(30)에 의해 구획된 내조탱크(10)의 양측에는 기화된 가스의 유입시 내조탱크(10) 내부에 저장된 액화수소와 열교환 작용이 이루어질 수 있도록 열교환코일(80)이 구성된 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 기능 개선형 액화수소 연료탱크."가 제안되고 있다.
다만, 전술한 바와 같은 종래 기술에서는 액화수소의 증발 방지를 위해 진공을 통한 열침투를 방지하고 있기 때문에 액화수소탱크 내부로 침투되는 열을 효과적으로 방지할 수 없어서 개선의 필요성이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전술한 바와 같은 종래 액화수소 저장 시스템의 문제점을 해결하기 위하여, 액화수소탱크를 저온액화가스가 충진된 저온액화가스탱크내에 구비함으로써, 저온액화가스가 외부에서 흡수되는 열과 함께 증발되어 액화수소탱크 내부로 침투되는 열을 차단할 수 있는 액화수소탱크 저장시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은 종래의 액화수소 저장시스템의 문제점을 해결하기 위해, 내부에 소정의 공간이 구비되어 저온액화가스를 저장하는 저온액화가스탱크; 상기 저온액화가스탱크를 둘러싸며 열전달을 차단하는 외부단열재; 상기 저온액화가스탱크의 소정의 공간에 구비되어 액화수소를 저장하는 액화수소탱크; 및 상기 액화수소탱크를 둘러싸며 열전달을 차단하는 내부단열재;를 포함하여, 상기 저온액화가스탱크 내부에 저장되는 저온액화가스가 외부로부터 침입되는 열을 흡수하여 증발시킴으로써 상기 액화수소탱크 내부로 흡수되는 열 침입을 방지하는 것을 특징으로 하는, 저온액화가스를 이용한 액화수소 저장시스템을 제공한다.
또한, 상기 액화수소탱크에서 발생되는 액화수소 증발가스와 상기 저온액화가스탱크에서 발생되는 저온증발가스를 공급받아 열교환시키는 열교환기; 및 상기 열교환기에서 재액화된 저온액화가스를 저온액화가스탱크 내부로 회수하는 리턴라인;을 더 포함하여 구성될 수 있다.
그리고, 상기 외부단열재 및 내부단열재는 분말단열재, 다층단열재, 진공단열재 및 다공질의 단열재 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
아울러, 상기 저온액화가스의 증발온도는 액화수소의 증발온도 이상이고 상온 이하의 유체인 것을 특징으로 하는, 저온액화가스를 이용한 액화수소 저장시스템을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 액화수소탱크 외부에 구비된 단열재 사이에 저온액화가스가 충진되어 외부로부터 침투되는 열을 증발시킴으로써 액화수소의 증발을 방지할 수 있다.
또한, 저온액화가스탱크에서 발생되는 저온증발가스를 리턴라인을 통해 저온액화가스탱크로 회수하여 재활용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 저온액화가스를 이용한 액화수소 저장시스템을 나타낸다.
이하, 본 문서의 다양한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 문서의 실시예의 다양한 변경(modifications), 균등물 (equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
본 문서에서, "가진다," "가질 수 있다," "포함한다," 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
본 문서에서, "A 또는 B," "A 또는/및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상"등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B," "A 및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 문서에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 문서에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 문서의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 내부에 소정의 공간이 구비되어 저온액화가스를 저장하는 저온액화가스탱크(120); 상기 저온액화가스탱크(120)를 둘러싸며 열전달을 차단하는 외부단열재(130); 상기 저온액화가스탱크(120)의 소정의 공간에 구비되어 액화수소를 저장하는 액화수소탱크(100); 및 상기 액화수소탱크(100)를 둘러싸며 열전달을 차단하는 내부단열재(110);를 포함하여, 상기 저온액화가스탱크(120) 내부에 저장되는 저온액화가스가 외부로부터 침입되는 열을 흡수하여 증발시킴으로써 상기 액화수소탱크(100) 내부로 흡수되는 열 침입을 방지하는 것을 특징으로 하는, 저온액화가스를 이용한 액화수소 저장시스템을 제공한다.
액화수소는 기체수소를 극저온상태로 냉각하여 액화된 가연성 물질이다. 고압의 기체수소와 다르게 액화수소는 대기압에서 저장이 가능하기 때문에 안전성이 높으며 기체수소와 대비하여 부피를 약 1/800로 감소시킬 수 있어 많은 양의 수소를 저장하기 용이하다.
그러나, 저장용기 내부에 복사에 의한 열 유입으로 인해 증발가스가 발생하게 되는데 발생한 증발가스를 재액화하기 위해서는 많은 에너지가 소모하게 되므로 액화수소 저장용기가 매우 우수한 단열성을 갖춰야 한다.
도 1을 참조하면, 외부단열재(130)가 둘러싸고있는 저온액화가스탱크(120)의 내부에는 내부단열재(110)가 둘러싸고있는 액화수소탱크(100)가 구비되어 있으며, 내부단열재(110)와 외부단열재(130) 사이에 소정의 공간에는 저온액화가스가 충진된다.
충진된 저온액화가스는 외부에서 외부단열재(130)로 흡수되어 유입되는 열과 접촉하여 증발하게 되며 일정한 온도를 유지할 수 있다.
그리고, 액화수소탱크(100)를 둘러싸고 있는 내부단열재(110)가 액화수소탱크(100) 내부로 유입되는 열을 추가로 차단하여 액화수소탱크(100) 내부로 열이 침투되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 액화수소탱크(100)에서 발생되는 액화수소 증발가스(170)와 상기 저온액화가스탱크(120)에서 발생되는 저온증발가스(160)를 공급받아 열교환시키는 열교환기(140); 및 상기 열교환기(140)에서 재액화된 저온액화가스를 저온액화가스탱크(120) 내부로 회수하는 리턴라인;을 더 포함하여 구성될 수 있다.
수소의 비점은 약 -253℃이며, 다른 기체와 접촉했을때 고화 또는 액화될 수 있기 때문에 저온액화가스를 이용한 액화수소 저장시스템을 구성하는 각종 배관들은 코팅 및 단열처리 되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 외부단열(130)재 및 내부단열재(110)는 분말단열재, 다층단열재, 진공단열재 및 다공질의 단열재 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
외부에서 유입되는 열은 탱크의 외벽이 상온으로 유지되는 외부에 노출되어 발생하게 된다. 탱크의 외부에 다층으로 제작된 단열재를 장착하여 열을 최대한 반사시키거나 방사율이 매우 낮은 단열재를 장착함으로써 열유입을 최소화하는 것이 바람직하다.
또한, 탱크의 외벽은 충분한 강도를 유지하기 위해 스테인리스, 알루미늄 합금 및 티타늄과 같은 소재를 사용할 수 있다.
아울러, 상기 저온액화가스의 증발온도는 액화수소의 증발온도 이상이고 상온 이하의 유체인 것을 특징으로 하는, 저온액화가스를 이용한 액화수소 저장시스템을 제공한다.
100 : 액화수소탱크
110 : 내부단열재
120 : 저온액화가스탱크
130 : 외부단열재
140 : 열교환기
150 : Heater
160 : 저온증발가스
170 : 액화수소 증발가스
180 : 저온 재액화가스
190 : 연료용 수소 가스

Claims (4)

  1. 내부에 소정의 공간이 구비되어 저온액화가스를 저장하는 저온액화가스탱크;
    상기 저온액화가스탱크를 둘러싸며 열전달을 차단하는 외부단열재;
    상기 저온액화가스탱크의 소정의 공간에 구비되어 액화수소를 저장하는 액화수소탱크; 및
    상기 액화수소탱크를 둘러싸며 열전달을 차단하는 내부단열재;를 포함하여,
    상기 저온액화가스탱크 내부에 저장되는 저온액화가스가 외부로부터 침입되는 열을 흡수하여 증발시킴으로써 상기 액화수소탱크 내부로 흡수되는 열 침입을 방지하는 것을 특징으로 하는, 저온액화가스를 이용한 액화수소 저장시스템.
  2. 청구항 1항에 있어서,
    상기 액화수소탱크에서 발생되는 액화수소 증발가스와 상기 저온액화가스탱크에서 발생되는 저온증발가스를 공급받아 열교환시키는 열교환기; 및
    상기 열교환기에서 재액화된 저온액화가스를 저온액화가스탱크 내부로 회수하는 리턴라인;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 저온액화가스를 이용한 액화수소 저장시스템.
  3. 청구항 1항에 있어서,
    상기 외부단열재 및 내부단열재는 분말단열재, 다층단열재, 진공단열재 및 다공질의 단열재 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는, 저온액화가스를 이용한 액화수소 저장시스템.
  4. 청구항 1항에 있어서,
    상기 저온액화가스의 증발온도는 액화수소의 증발온도 이상이고 상온 이하의 유체인 것을 특징으로 하는, 저온액화가스를 이용한 액화수소 저장시스템.
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