KR20230138224A - 와류 방지장치와 이것이 구비된 단열탱크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단열탱크와 같은 탱크부재에 충진된 유체가 배출될 때, 탱크부재에 구비된 출구에서 와류 현상이 발생되는 것을 방지하고, 출구를 통해 배출되는 유체의 유량 변화를 최소화하기 위한 와류 방지장치와 이것이 구비된 단열탱크에 관한 것이다.
이를 위해, 와류 방지장치는 단열탱크의 하부캡부 중 내부에 충진된 유체가 배출되는 적어도 하나의 출구가 구비된 하부커버에 일체형으로 결합되는 와류 방지장치이고, 첨단 꼭지부를 기준으로 콘 형상을 나타내는 방지바디와, 방지바디로부터 종횡으로 연장되는 간격부재와, 간격부재에 의해 방지바디의 가장자리에 관통 형성되는 메쉬홀부를 포함한다.

Description

와류 방지장치와 이것이 구비된 단열탱크{ANTI VORTEX DEVICE AND INSULATION TANK EQUIPPED WITH THIS}

본 발명은 와류 방지장치와 이것이 구비된 단열탱크에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 단열탱크와 같은 탱크부재에 충진된 유체가 배출될 때, 탱크부재에 구비된 출구에서 와류 현상이 발생되는 것을 방지하고, 출구를 통해 배출되는 유체의 유량 변화를 최소화하기 위한 와류 방지장치와 이것이 구비된 단열탱크에 관한 것이다.

발사체의 산화제탱크는 연소기와 연결되고, 연소에 필요한 액체산화제를 연소기에 공급한다.

이때, 산화제탱크의 액체산화제는 발사체의 구조적 특성과 다양한 환경에 노출되면서 산화제탱크 내부의 액체산화제가 배출되는 과정에 액체산화제가 회전하는 와류 현상이 발생하게 된다. 이러한 와류 현상으로 인해 액체산화제가 일정 수위로 낮아질 경우 가압가스와 함께 연소기로 유입되어 순수 액체산화제의 유량이 감소하게 되므로, 연소기에서의 연소 성능이 저하되는 매우 심각한 문제를 발생시키게 된다.

특히, 수위가 낮은 액체산화제의 경우, 출구 쪽에서는 유체의 출렁임 등에 의해 유체의 이동면적이 넓어지게 되어 안정적으로 출구를 통과하지 못하게 되고, 결과적으로 연소실로의 유입도 원활하지 못하는 문제점도 발생하게 된다.

대한민국 등록특허공보 제10-0957053호 (2010. 05. 13. 공고, 발명의 명칭 : 와류방지장치를 구비한 안전주입탱크)

본 발명의 목적은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 단열탱크와 같은 탱크부재에 충진된 유체가 배출될 때, 탱크부재에 구비된 출구에서 와류 현상이 발생되는 것을 방지하고, 출구를 통해 배출되는 유체의 유량 변화를 방지하기 위한 와류 방지장치와 이것이 구비된 단열탱크를 제공함에 있다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 와류 방지장치는 탱크부재의 하부캡부 중 내부에 충진된 유체가 배출되는 적어도 하나의 출구가 구비된 하부커버에 결합되는 와류 방지장치이고, 첨단꼭지부를 기준으로 콘 형상을 나타내는 방지바디; 상기 방지바디로부터 종횡으로 연장되는 간격부재; 및 상기 간격부재에 의해 상기 방지바디의 가장자리에 관통 형성되는 메쉬홀부;를 포함한다.

본 발명에 따른 와류 방지장치는 상기 하부커버와의 결합을 위해 상기 간격부재의 가장자리에 링 형상으로 돌출 형성되는 고정플랜지를 더 포함한다.

여기서, 상기 고정플랜지는, 상기 하부커버에 일체로 결합된다.

여기서, 상기 메쉬홀부는, 등변 사다리꼴 형상을 나타낸다.

본 발명에 따른 단열탱크는 직립 상태에서 상단부와 하단부가 개구되는 중공의 개구원통부; 상기 개구원통부의 상단부를 밀폐시키는 상부캡부; 및 상기 개구원통부의 하단부를 밀폐시키는 하부캡부;를 포함하고, 상기 하부캡부는, 상기 개구원통부의 하단부에 결합되되, 중앙 부분에 하부캡개구가 관통 형성되는 하부돔; 상기 하부캡개구를 밀폐하도록 상기 하부돔에 결합되되, 내부에 충진된 유체가 배출되는 적어도 하나의 출구가 구비되는 하부커버; 및 상기 하부커버에 결합되되, 상기 출구로 배출되는 유체의 와류 현상을 방지하는 방지모듈;을 포함하며, 상기 방지모듈은, 본 발명에 따른 와류 방지장치를 포함한다.

본 발명에 따른 와류 방지장치와 이것이 구비된 단열탱크에 따르면, 단열탱크와 같은 탱크부재에 충진된 유체가 배출될 때, 탱크부재에 구비된 출구에서 와류 현상이 발생되는 것을 방지하고, 출구를 통해 배출되는 유체의 유량 변화를 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명은 콘 형상의 방지바디를 통해 잔여유체가 넓게 퍼지지 않고 방지바디의 가장자리로 모이도록 하고, 메쉬홀부로 유체가 통과되면서 와류 방지 성능을 극대화시키고, 잔여유체의 배출유량을 극대화할 수 있다.

또한, 본 발명은 고정플랜지의 부가 구성을 통해 하부커버와의 결합력을 향상시키고, 방지바디의 유동을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 고정플랜지와 하부커버의 일체화를 통해 제작이나 설치의 편의성을 극대화시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 메쉬홀부의 형상 한정을 통해 방지바디로부터 전달되는 잔여유체를 출구 쪽으로 안정되게 전달하고, 와류 방지 성능을 극대화시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 잔여유체를 하부커버에 안정되게 분포시키고, 출구에서의 유량 변화를 최소화시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단열탱크를 도시한 단면사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단열탱크에서 방지모듈을 도시한 평면도와 요부확대단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단열탱크에서 방지모듈의 유무에 따라 복수의 출구를 통해 배출되는 유체의 유량을 시계열로 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단열탱크에서 방지모듈의 유무에 따라 복수의 출구를 통해 배출되는 유체의 거동을 나타내는 도면으로, (a)는 0.1 초일 때 방지모듈이 구비된 단열탱크에서 복수의 출구를 통해 배출되는 유체의 거동을 나타내고, (b)는 0.1 초일 때 방지모듈이 구비되지 않은 단열탱크에서 복수의 출구를 통해 배출되는 유체의 거동을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 단열탱크에서 방지모듈의 유무에 따라 하나의 출구를 통해 배출되는 유체의 유량을 시계열로 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 단열탱크에서 방지모듈의 유무에 따라 하나의 출구를 통해 배출되는 유체의 거동을 나타내는 도면으로, (a)는 0.1 초일 때 방지모듈이 구비된 단열탱크에서 하나의 출구를 통해 배출되는 유체의 거동을 나타내고, (b)는 0.1 초일 때 방지모듈이 구비되지 않은 단열탱크에서 하나의 출구를 통해 배출되는 유체의 거동을 나타낸다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 와류 방지장치와 이것이 구비된 단열탱크의 일 실시예를 설명한다. 이때, 본 발명은 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명확하게 하기 위해 생략될 수 있다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 단열탱크는 내부에 유체가 충진되는 함체이고, 개구원통부(10)와, 상부캡부(20)와, 하부캡부(30)를 포함할 수 있다. 여기서, 유체는 우주발사체의 추진력을 발생시키기 위한 극저온의 액체산화제로 구성될 수 있다.

개구원통부(10)는 직립 상태에서 상단부와 하단부가 개구된 중공의 원통 형상을 나타낸다.

도시되지 않았지만, 개구원통부(10)는 이중 겹벽 구조를 나타낼 수 있다. 좀더 자세하게, 개구원통부(10)는 외주면이 평평하게 형성되는 평판부와, 평판부에 슬라이드 이동 가능하게 결합되는 요철부와, 요철부의 일부가 평판부로부터 이격됨에 따라 링 형상을 나타내고 개구원통부의 높이 방향을 따라 이격 배치되는 다수의 하중분산공간을 포함할 수 있다. 평판부와 요철부는 직립 상태에서 상단부와 하단부가 개구된 중공의 원통 형상을 나타낸다.

상부캡부(20)는 개구원통부(10)의 상단부를 밀폐시킨다. 상부캡부(20)는 유체에 의한 수축력을 견디기 위해 돔 형상을 나타내는 것이 유리하다.

상부캡부(20)는 개구원통부(10)의 상단부에 결합되되 중앙 부분에 상부캡개구가 관통 형성되는 상부돔(21)과, 상부캡개구를 밀폐하도록 상부돔(21)에 결합되되 내부에 유체를 충진하기 위한 적어도 하나의 입구가 구비되는 상부커버(22)를 포함할 수 있다.

상부돔(21)에서 상부캡개구의 가장자리에는 상부플랜지가 구비되고, 체결부재를 이용하여 상부플랜지와 상부커버(22)의 가장자리를 결합시킬 수 있다.

상부플랜지와 상부커버(22)의 가장자리 중 적어도 어느 하나에는 상부밀폐홈부가 링 형상으로 함몰 형성되고, 상부밀폐홈부에는 상부밀폐부재가 결합된다. 상부밀폐부재를 통해 상부플랜지와 상부커버(22)의 가장자리 사이의 밀폐력을 향상시킬 수 있다.

하부캡부(30)는 개구원통부(10)의 하단부를 밀폐시킨다. 하부캡부(30)는 유체에 의한 수축력을 견디기 위해 돔 형상을 나타내는 것이 유리하다.

하부캡부(30)는 개구원통부(10)의 하단부에 결합되되 중앙 부분에 하부캡개구가 관통 형성되는 하부돔(31)과, 하부캡개구를 밀폐하도록 하부돔(31)에 결합되되 내부에 충진된 유체가 배출되는 적어도 하나의 출구가 구비되는 하부커버(32)와, 하부커버(32)에 결합되되 출구로 배출되는 유체의 와류 현상을 방지하는 방지모듈(100)을 포함할 수 있다.

하부커버(32)에 구비되는 출구는 하부커버(32)의 중앙 부분에 구비되는 중앙출구(321)와, 중앙출구(321)에서 이격되고 상호 이격 배치되는 하나 이상의 이격출구(322)를 포함할 수 있다.

하부돔(31)에서 하부캡개구의 가장자리에는 하부플랜지가 구비되고, 체결부재를 이용하여 하부플랜지와 하부커버(32)의 가장자리를 결합시킬 수 있다.

하부플랜지와 하부커버(32)의 가장자리 중 적어도 어느 하나에는 하부밀폐홈부가 링 형상으로 함몰 형성되고, 하부밀폐홈부에는 하부밀폐부재(33)가 결합된다. 하부밀폐부재(33)를 통해 하부플랜지와 하부커버(32)의 가장자리 사이의 밀폐력을 향상시킬 수 있다.

방지모듈(100)은 본 발명의 일 실시예에 따른 와류 방지장치를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서 와류 방지장치는 본 발명의 일 실시예에 따른 단열탱크에 구비되는 것으로 설명하지만, 여기에 한정하는 것은 아니고, 공지된 다양한 형태의 탱크부재에 적용 가능하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 와류 방지장치는 첨단꼭지부(101)를 기준으로 콘 형상을 나타내는 방지바디(102)와, 방지바디(102)로부터 종횡으로 연장되는 간격부재(104)와, 간격부재(104)에 의해 방지바디(102)의 가장자리에 관통 형성되는 메쉬홀부(103)를 포함할 수 있다. 다른 표현으로, 방지바디(102)는 원뿔 형상을 나타낼 수 있다.

메쉬홀부(103)는 등변 사다리꼴 형상을 나타내는 것이 유리하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 와류 방지장치는 하부커버(32)와의 결합을 위해 간격부재(104)의 가장자리에 링 형상으로 돌출 형성되는 고정플랜지(105)를 더 포함할 수 있다.

이에 대응하여 하부커버(32)에는 고정플랜지(105)가 안착되는 플랜지안착부(323)가 구비될 수 있다.

고정플랜지(105)는 하부커버(32)에 일체로 결합될 수 있다. 고정플랜지(105)는 하부커버(32)에 적층 지지된 상태에서 플랜지안착부(323)에 안착되고, 체결부재를 이용하여 고정플랜지(105)와 하부커버(32)를 일체로 결합할 수 있다.

도 3의 그래프에서 파란색 곡선은 본 발명의 일 실시예에 따른 와류 방지장치가 구비되는 경우, 둘 이상의 출구를 통해 유체가 배출될 때, 유량 변화를 나타내고, 붉은색 곡선은 본 발명의 일 실시예에 따른 와류 방지장치가 구비되지 않은 경우, 둘 이상의 출구를 통해 유체가 배출될 때, 유량 변화를 나타낸다.

본 발명의 일 실시예에 따른 와류 방지장치가 구비되는 경우, 둘 이상의 출구를 통해 유체가 배출될 때, 시간이 경과됨에 따라 도 3에 도시된 파란색 곡선과 같이 유량의 변화가 완만하게 감소하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 0.1 초가 경과된 시점에서 둘 이상의 출구를 통해 유체가 배출되는 시점(M1)에서는 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 잔여유체는 하부캡개구에서 하부커버(32)의 상부에 대략 고르게 분포하고, 잔여유체는 가압가스에 의해 둘 이상의 출구로 안정되게 배출된다.

하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 와류 방지장치가 구비되지 않은 경우, 둘 이상의 출구를 통해 유체가 배출될 때, 시간이 경과함에 따라 도 3에 도시된 붉은색 곡선과 같이 유량이 급격히 감소하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 0.1 초가 경과된 시점에서 둘 이상의 출구를 통해 유체가 배출되는 시점(M2)에서는 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 잔여유체는 하부캡개구에서 하부커버(32)의 가장자리에 집중되고, 둘 이상의 출구에서는 잔여유체와 가압가스가 함께 배출되어 연소실로 유입되는 문제점을 나타낸다.

도 4의 그래프에서 파란색 곡선은 본 발명의 일 실시예에 따른 와류 방지장치가 구비되는 경우, 하나의 출구를 통해 유체가 배출될 때, 유량 변화를 나타내고, 붉은색 곡선은 본 발명의 일 실시예에 따른 와류 방지장치가 구비되지 않은 경우, 하나의 출구를 통해 유체가 배출될 때, 유량 변화를 나타낸다.

본 발명의 일 실시예에 따른 와류 방지장치가 구비되는 경우, 하나의 출구를 통해 유체가 배출될 때, 시간이 경과됨에 따라 도 5에 도시된 파란색 곡선과 같이 유량의 변화가 완만하게 감소하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 0.1 초가 경과된 시점에서 하나의 출구를 통해 유체가 배출되는 시점(S1)에서는 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 잔여유체는 하부캡개구에서 하부커버(32)의 상부에 대략 고르게 분포하고, 가압가스는 하부커버(32)의 상측에 분포하는 잔여유체의 가장자리 부분부터 가압하므로, 잔여유체는 가압가스에 의해 하나의 출구로 안정되게 배출된다.

하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 와류 방지장치가 구비되지 않은 경우, 하나의 출구를 통해 유체가 배출될 때, 시간이 경과함에 따라 도 5에 도시된 붉은색 곡선과 같이 유량이 급격히 감소하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 0.1 초가 경과된 시점에서 하나의 출구를 통해 유체가 배출되는 시점(S2)에서는 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 잔여유체는 하부캡개구에서 하부커버(32)의 가장자리에 집중되고, 하나의 출구에서는 잔여유체와 함께 가압가스가 배출되어 연소실로 유입되는 문제점을 나타낸다.

도 4와 도 6에서 붉은색 부분은 잔여유체를 나타내고, 파란색 부분은 가압가스를 나타낸다.

상술한 와류 방지장치와 이것이 구비된 단열탱크에 따르면, 단열탱크와 같은 탱크부재에 충진된 유체가 배출될 때, 탱크부재에 구비된 출구에서 와류 현상이 발생되는 것을 방지하고, 출구를 통해 배출되는 유체의 유량 변화를 방지할 수 있다.

또한, 콘 형상의 방지바디(102)를 통해 잔여유체가 넓게 퍼지지 않고 방지바디(102)의 가장자리로 모이도록 하고, 메쉬홀부(103)로 유체가 통과되면서 와류 방지 성능을 극대화시키고, 잔여유체의 배출유량을 극대화할 수 있다.

또한, 고정플랜지(105)의 부가 구성을 통해 하부커버(32)와의 결합력을 향상시키고, 방지바디(102)의 유동을 방지할 수 있다.

또한, 고정플랜지(105)와 하부커버(32)의 일체화를 통해 제작이나 설치의 편의성을 극대화시킬 수 있다.

또한, 메쉬홀부(103)의 형상 한정을 통해 방지바디(102)로부터 전달되는 잔여유체를 출구 쪽으로 안정되게 전달하고, 와류 방지 성능을 극대화시킬 수 있다.

또한, 잔여유체를 하부커버(32)에 안정되게 분포시키고, 출구에서의 유량 변화를 최소화시킬 수 있다.

상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면, 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있다.

10: 개구원통부 20: 상부캡부 21: 상부돔
22: 상부커버 30: 하부캡부 31: 하부돔
32: 하부커버 321: 중앙출구 322: 이격출구
323: 플랜지안착부 100: 방지모듈 101: 첨단꼭지부
102: 방지바디 103: 메쉬홀부 104: 간격부재
105: 고정플랜지

Claims (5)

1. 탱크부재의 하부캡부 중 내부에 충진된 유체가 배출되는 적어도 하나의 출구가 구비된 하부커버에 결합되는 와류 방지장치이고,
   첨단꼭지부를 기준으로 콘 형상을 나타내는 방지바디;
   상기 방지바디로부터 종횡으로 연장되는 간격부재; 및
   상기 간격부재에 의해 상기 방지바디의 가장자리에 관통 형성되는 메쉬홀부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 와류 방지장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 하부커버와의 결합을 위해 상기 간격부재의 가장자리에 링 형상으로 돌출 형성되는 고정플랜지;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 와류 방지장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 고정플랜지는,
   상기 하부커버에 일체로 결합되는 것을 특징으로 하는 와류 방지장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 메쉬홀부는,
   등변 사다리꼴 형상을 나타내는 것을 특징으로 하는 와류 방지장치.
   
5. 직립 상태에서 상단부와 하단부가 개구되는 중공의 개구원통부;
   상기 개구원통부의 상단부를 밀폐시키는 상부캡부; 및
   상기 개구원통부의 하단부를 밀폐시키는 하부캡부;를 포함하고,
   상기 하부캡부는,
   상기 개구원통부의 하단부에 결합되되, 중앙 부분에 하부캡개구가 관통 형성되는 하부돔;
   상기 하부캡개구를 밀폐하도록 상기 하부돔에 결합되되, 내부에 충진된 유체가 배출되는 적어도 하나의 출구가 구비되는 하부커버; 및
   상기 하부커버에 결합되되, 상기 출구로 배출되는 유체의 와류 현상을 방지하는 방지모듈;을 포함하며,
   상기 방지모듈은,
   청구항 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 와류 방지장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단열탱크.