KR20230142947A - Cryogenic reciprocating pump for generating high pressure liquid using tension, and operating method thereof - Google Patents

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KR20230142947A
KR20230142947A KR1020220041609A KR20220041609A KR20230142947A KR 20230142947 A KR20230142947 A KR 20230142947A KR 1020220041609 A KR1020220041609 A KR 1020220041609A KR 20220041609 A KR20220041609 A KR 20220041609A KR 20230142947 A KR20230142947 A KR 20230142947A
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정상권
김경중
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한국과학기술원
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Abstract

극저온 왕복동 펌프로서, 내부에 공간이 형성되고, 아래쪽에 외부에서 액체가 유입되는 입구(inlet)가 형성되며, 윗쪽에 목표 압력까지 가압된 액체가 배출되는 출구(outlet)가 형성된 챔버, 상기 챔버의 내부를 챔버 상단과 챔버 하단으로 분리하고 상하 움직이는 피스톤, 상기 피스톤에 연결되고, 위로 당기는 장력과 아래로 누르는 응력에 따라 상기 피스톤을 상하 이동시키는 막대, 그리고 양단의 압력 차이에 따라 개폐되어 상기 입구에서 상기 출구 방향으로 액체 흐름을 형성하는 복수의 체크밸브들을 포함한다. 상기 막대가 위로 당기는 장력에 의해 올라가는 동안, 상기 챔버 상단의 액체가 상기 피스톤에 의해 상기 목표 압력까지 가압된다. It is a cryogenic reciprocating pump, with a space formed inside, an inlet formed at the bottom through which liquid flows in from the outside, and an outlet formed at the top through which liquid pressurized to the target pressure is discharged, of the chamber A piston that divides the interior into the top and bottom of the chamber and moves up and down, a rod connected to the piston and moves the piston up and down according to the tension that pulls upward and the stress that presses down, and a rod that opens and closes according to the pressure difference between both ends and moves at the inlet. It includes a plurality of check valves that form a liquid flow in the outlet direction. While the rod is raised by upward pulling tension, the liquid at the top of the chamber is pressurized by the piston to the target pressure.

Description

장력을 이용하여 고압 액체를 생성하는 극저온 왕복동 펌프 및 이의 동작 방법{CRYOGENIC RECIPROCATING PUMP FOR GENERATING HIGH PRESSURE LIQUID USING TENSION, AND OPERATING METHOD THEREOF}Cryogenic reciprocating pump for generating high pressure liquid using tension and operating method thereof {CRYOGENIC RECIPROCATING PUMP FOR GENERATING HIGH PRESSURE LIQUID USING TENSION, AND OPERATING METHOD THEREOF}

본 발명은 극저온 왕복동 펌프에 관한 것이다.The present invention relates to cryogenic reciprocating pumps.

극저온 왕복동 펌프란, 극저온 액체(cryogenic liquid)의 압력을 높이는 장치로서 극저온 액체를 피스톤(piston) 또는 플런저(plunger)로 압축하여 고압으로 만든다. 종래의 극저온 왕복동 펌프의 경우, 피스톤/플런저가 연결된 막대(rod)가 액화수소 챔버(Chamber)에서 위아래로 움직이고, 막대가 아래로 내려올 때 액화수소가 압축되어 고압 상태가 된다. 따라서, 종래 기술은 고압 액체를 만들기 위해, 긴 형상의 막대에 압축응력(compressive stress)을 반복적으로 가하기 때문에, 같은 크기의 인장응력(tensile stress)이 가해지는 경우보다 옆으로 휘는 버클링(buckling)의 발생 가능성이 높아진다. 이를 방지하기 위해 굵은 막대를 사용할 수 있으나, 막대의 단면적을 통해 챔버로의 열전달이 커지고, 막대의 열용량이 커져 펌프 작동 초기에 극저온 액체의 소모를 증가시킨다.A cryogenic reciprocating pump is a device that increases the pressure of cryogenic liquid. It compresses the cryogenic liquid with a piston or plunger to create high pressure. In the case of a conventional cryogenic reciprocating pump, a rod connected to a piston/plunger moves up and down in a liquefied hydrogen chamber, and when the rod moves down, the liquefied hydrogen is compressed and becomes high pressure. Therefore, in the prior art, in order to create high-pressure liquid, compressive stress is repeatedly applied to a long bar, which causes buckling, which bends sideways compared to the case where tensile stress of the same magnitude is applied. The likelihood of occurrence increases. To prevent this, a thick rod can be used, but the cross-sectional area of the rod increases heat transfer to the chamber, and the heat capacity of the rod increases, increasing the consumption of cryogenic liquid at the beginning of pump operation.

(특허문헌 1) KR20140098824 A(Patent Document 1) KR20140098824 A

(특허문헌 2) US6722866 B (Patent Document 2) US6722866 B

본 개시는 장력을 이용하여 고압 액체를 생성하는 극저온 왕복동 펌프 및 이의 동작 방법을 제공하는 것이다.The present disclosure provides a cryogenic reciprocating pump that generates high pressure liquid using tension and a method of operating the same.

본 개시는 백업 릴리프 밸브(backup relief valve)를 포함하는 극저온 왕복동 펌프 및 이의 동작 방법을 제공하는 것이다. The present disclosure provides a cryogenic reciprocating pump including a backup relief valve and a method of operating the same.

한 실시예에 따른 극저온 왕복동 펌프로서, 내부에 공간이 형성되고, 아래쪽에 외부에서 액체가 유입되는 입구(inlet)가 형성되며, 윗쪽에 목표 압력까지 가압된 액체가 배출되는 출구(outlet)가 형성된 챔버, 상기 챔버의 내부를 챔버 상단과 챔버 하단으로 분리하고 상하 움직이는 피스톤, 상기 피스톤에 연결되고, 위로 당기는 장력과 아래로 누르는 응력에 따라 상기 피스톤을 상하 이동시키는 막대, 그리고 양단의 압력 차이에 따라 개폐되어 상기 입구에서 상기 출구 방향으로 액체 흐름을 형성하는 복수의 체크밸브들을 포함하고, 상기 막대가 위로 당기는 장력에 의해 올라가는 동안, 상기 챔버 상단의 액체가 상기 피스톤에 의해 상기 목표 압력까지 가압된다.It is a cryogenic reciprocating pump according to an embodiment, in which a space is formed inside, an inlet through which liquid flows in from the outside is formed at the bottom, and an outlet through which liquid pressurized to the target pressure is discharged is formed at the top. A chamber, a piston that divides the inside of the chamber into the upper part of the chamber and the lower part of the chamber and moves up and down, a rod connected to the piston and moves the piston up and down according to the upward tension and downward pressure, and the pressure difference between the two ends. It includes a plurality of check valves that open and close to form a liquid flow from the inlet to the outlet, and while the rod is raised by upward pulling tension, the liquid at the top of the chamber is pressurized by the piston to the target pressure.

상기 막대가 위로 당기는 장력에 의해 올라가는 동안, 상기 입구에 배치된 제1 체크밸브를 통해 외부 액체가 상기 챔버 하단으로 유입되고, 상기 출구에 배치된 제2 체크밸브를 통해 상기 목표 압력까지 가압된 액체가 배출될 수 있다.While the rod is raised by upward pulling tension, external liquid flows into the bottom of the chamber through a first check valve disposed at the inlet, and liquid pressurized to the target pressure through a second check valve disposed at the outlet. may be emitted.

상기 막대가 아래로 누르는 응력에 의해 내려가는 동안, 제3 체크밸브를 통해 상기 챔버 하단에서 과냉된 액체가 상기 챔버 상단으로 이동할 수 있다.While the rod is lowered by downward pressure, the supercooled liquid from the bottom of the chamber can move to the top of the chamber through the third check valve.

상기 피스톤의 내부에 상기 챔버 하단에서 상기 챔버 하단으로의 내부 유로가 형성되고, 상기 내부 유로에 배치된 상기 제3 체크밸브가 열리면 상기 챔버 하단의 액체가 상기 피스톤을 관통해서 상기 챔버 상단으로 유입될 수 있다.An internal flow path from the bottom of the chamber to the bottom of the chamber is formed inside the piston, and when the third check valve disposed in the internal flow path is opened, liquid at the bottom of the chamber passes through the piston and flows into the top of the chamber. You can.

상기 피스톤에 형성된 상기 내부 유로는 상기 챔버 하단 방향으로 튀어나오는 구조로 형성될 수 있다.The internal flow path formed in the piston may be formed in a structure that protrudes toward the bottom of the chamber.

상기 극저온 왕복동 펌프는 상기 챔버 하단의 압력이 기준 압력을 초과하는 경우 열리는 백업 릴리프 밸브를 더 포함하고, 열린 상기 백업 릴리프 밸브를 통해 상기 챔버 하단의 액체 및/또는 기체가 외부로 배출될 수 있다.The cryogenic reciprocating pump further includes a backup relief valve that opens when the pressure at the bottom of the chamber exceeds the reference pressure, and liquid and/or gas at the bottom of the chamber can be discharged to the outside through the opened backup relief valve.

상기 백업 릴리프 밸브의 크래킹 압력(cracking pressure)은 상기 기준 압력으로 설정될 수 있다.The cracking pressure of the backup relief valve may be set to the reference pressure.

상기 백업 릴리프 밸브는 상기 피스톤의 하사점(Bottom Dead center)에 배치될 수 있다.The backup relief valve may be disposed at the bottom dead center of the piston.

상기 입구로 유입되는 액체는 극저온 액화수소일 수 있다.The liquid flowing into the inlet may be cryogenic liquefied hydrogen.

한 실시예에 따른 극저온 왕복동 펌프는, 챔버 내 피스톤에 연결된 막대로 아래로 누르는 응력과 위로 당기는 장력이 번갈아 가해지는 상황에서, 상기 응력이 가해지는 동안 챔버 하단에서 과냉된 액체를 챔버 상단으로 이동시키고, 상기 장력이 가해지는 동안 상기 챔버 상단의 액체를 목표 압력까지 가압해서 배출한다.The cryogenic reciprocating pump according to one embodiment moves the supercooled liquid from the bottom of the chamber to the top of the chamber while the stress is applied in a situation where downward pressure and upward tension are alternately applied with a rod connected to a piston in the chamber. , while the tension is applied, the liquid at the top of the chamber is pressurized to the target pressure and discharged.

상기 응력이 가해지는 동안, 상기 챔버 하단의 압력이 기준 압력을 초과하는 경우, 백업 릴리프 밸브를 통해 상기 챔버 하단의 액체 및/또는 기체가 외부로 배출될 수 있다.While the stress is applied, if the pressure at the bottom of the chamber exceeds the reference pressure, liquid and/or gas at the bottom of the chamber may be discharged to the outside through a backup relief valve.

상기 장력이 가해지는 동안, 외부에서 상기 챔버 하단으로 액체가 유입되고, 유입된 액체가 과냉될 수 있다.While the tension is applied, liquid may flow from the outside into the bottom of the chamber, and the introduced liquid may be supercooled.

한 실시예에 따른 극저온 왕복동 펌프의 동작 방법으로서, 챔버 내 피스톤에 연결된 막대를 아래로 누르는 응력이 가해지는 동안, 챔버 하단에서 과냉된 액체를 챔버 상단으로 이동시키는 단계, 그리고 상기 막대를 위로 당기는 장력이 가해지는 동안, 상기 챔버 상단의 액체를 목표 압력까지 가압해서 배출하는 단계를 포함한다.A method of operating a cryogenic reciprocating pump according to one embodiment, comprising: moving supercooled liquid from the bottom of the chamber to the top of the chamber while a stress is applied to press down a rod connected to a piston in the chamber, and tension pulling the rod upward. While this is being applied, the liquid at the top of the chamber is pressurized to the target pressure and discharged.

상기 동작 방법은 상기 응력이 가해지는 동안, 상기 챔버 하단의 압력이 기준 압력을 초과하는 경우, 백업 릴리프 밸브를 통해 상기 챔버 하단의 액체 및/또는 기체를 외부로 배출시키는 단계를 더 포함할 수 있다.The operating method may further include discharging liquid and/or gas at the bottom of the chamber to the outside through a backup relief valve when the pressure at the bottom of the chamber exceeds the reference pressure while the stress is applied. .

상기 동작 방법은 상기 장력이 가해지는 동안, 외부에서 상기 챔버 하단으로 액체를 유입시키고, 유입된 액체를 과냉시키는 단계를 더 포함할 수 있다. The operating method may further include introducing liquid from the outside into the bottom of the chamber while the tension is applied, and supercooling the introduced liquid.

실시예에 따른 극저온 왕복동 펌프는 장력을 이용하여 고압의 액체를 생성하고, 유동을 발생시킬 정도로 막대에 압축응력을 가하기 때문에, 막대에 큰 압축응력을 가해 고압의 액체를 만드는 기술에 비해 버클링 발생 가능성을 낮출 수 있다.The cryogenic reciprocating pump according to the embodiment generates high-pressure liquid using tension and applies compressive stress to the rod enough to generate flow, so buckling occurs compared to technology that creates high-pressure liquid by applying large compressive stress to the rod. It can lower the possibility.

실시예에 따른 극저온 왕복동 펌프는 종래 기술에 비해 상대적으로 가는 막대를 사용할 수 있어서, 외부로 연장된 막대를 통한 열침입을 줄일 수 있다. The cryogenic reciprocating pump according to the embodiment can use a relatively thin rod compared to the prior art, thereby reducing heat intrusion through the rod extending externally.

실시예에 따른 극저온 왕복동 펌프는 입구가 아래에 있으므로, 극저온 액체 저장소의 낮은 수위에서도 작동할 수 있다.Since the cryogenic reciprocating pump according to the embodiment has a downward inlet, it can operate even at low water levels in the cryogenic liquid reservoir.

막대(rod)가 달린 피스톤에 의해, 막대가 있는 챔버 상단과 막대가 없는 챔버 하단이 나뉘는 극저온 왕복동 펌프에서, 막대에 의한 챔버 상단과 하단의 단면적 차이로 인해 원치 않는 압력이 증가되는데, 실시예에 따른 극저온 왕복동 펌프는 백업 릴리프 밸브를 통한 내부 압력 조절을 해서, 장력을 이용하는 극저온 왕복동 펌프에서 발생할 수밖에 없는 원치 않는 압력 상승을 해소할 수 있다. In a cryogenic reciprocating pump in which the top of the chamber with a rod and the bottom of the chamber without the rod are divided by a piston with a rod, unwanted pressure increases due to the difference in cross-sectional area between the top and bottom of the chamber due to the rod. The cryogenic reciprocating pump regulates internal pressure through a backup relief valve, thereby eliminating the unwanted pressure increase that inevitably occurs in cryogenic reciprocating pumps that use tension.

실시예에 따른 극저온 왕복동 펌프는 챔버 내부에서 설계 범위를 벗어나는 에서 고압 발생을 방지하여 안전성을 높일 수 있고, 백업 릴리프 밸브의 교체가 간편해서 유지 보수의 편의성을 높일 수 있다.The cryogenic reciprocating pump according to the embodiment can increase safety by preventing the generation of high pressure outside the design range inside the chamber, and can increase convenience of maintenance by easily replacing the backup relief valve.

실시예에 따른 극저온 왕복동 펌프는 내부의 기체(기포)를 제거할 수 있어서, 외부 유입 액체의 증발에 의한 성능 저하를 방지할 수 있다.The cryogenic reciprocating pump according to the embodiment can remove internal gas (bubbles), thereby preventing performance degradation due to evaporation of externally introduced liquid.

도 1 및 도 2는 한 실시예에 따른 극저온 왕복동 펌프의 구조도이다.
도 3은 극저온 왕복동 펌프 내 막대에 의한 챔버 상단과 챔버 하단의 단면적 차이를 설명하는 도면이다.
도 4는 극저온 왕복동 펌프에서 생성된 원치 않는 고압을 설명하는 도면이다.
도 5 및 도 6은 다른 실시예에 따른 극저온 왕복동 펌프의 구조도이다.
도 7은 한 실시예에 따른 극저온 왕복동 펌프의 동작 방법이다.
도 8은 한 실시예에 따른 수소 공급 시스템의 개념도이다.
1 and 2 are structural diagrams of a cryogenic reciprocating pump according to one embodiment.
Figure 3 is a diagram explaining the difference in cross-sectional area between the top and bottom of the chamber due to the rod in the cryogenic reciprocating pump.
Figure 4 is a diagram explaining unwanted high pressure generated in a cryogenic reciprocating pump.
5 and 6 are structural diagrams of a cryogenic reciprocating pump according to another embodiment.
Figure 7 is a method of operating a cryogenic reciprocating pump according to one embodiment.
Figure 8 is a conceptual diagram of a hydrogen supply system according to one embodiment.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Below, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts that are not related to the description are omitted, and similar parts are given similar reference numerals throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is said to “include” a certain element, this means that it may further include other elements rather than excluding other elements, unless specifically stated to the contrary.

먼저 종래 기술에 대해 살펴본다.First, let's look at the prior art.

독일 린데(Linde)에서 개발한 극저온 왕복동 펌프는 double acting piston and plunger 구조로서, 액체가 유입되는 상단 챔버와 액체가 가압되는 하단 챔버를 피스톤/플런저가 연결된 막대(rod)가 위아래로 움직이면서, 고압의 액체를 만든다. 구체적인 동작을 살펴보면, 막대가 내려올 때 외부의 액체가 상단 챔버의 윗 부분으로 들어오고, 상단 챔버의 아랫 부분에 채워진 액체는 가압되어 과냉상태가 되다가 압력이 일정 수준에 도달하면 과냉상태의 액체가 하단 챔버의 윗 부분으로 주입되며, 하단 챔버의 아랫 부분에 채워진 액체는 목표 압력으로 가압된 후, 배출된다. 막대가 올라가면, 상단 챔버의 윗 부분에 채워진 액체가 상단 챔버의 아랫 부분으로 유입되고, 하단 챔버의 윗 부분의 과냉상태 액체가 하단 챔버의 아랫 부분으로 유입된다. The cryogenic reciprocating pump developed by Linde in Germany has a double acting piston and plunger structure. A rod connected to the piston/plunger moves up and down between the upper chamber where the liquid flows and the lower chamber where the liquid is pressurized, producing high pressure. Makes a liquid. Looking at the specific operation, when the rod comes down, external liquid enters the upper part of the upper chamber, and the liquid filled in the lower part of the upper chamber is pressurized and becomes supercooled. When the pressure reaches a certain level, the supercooled liquid enters the lower part of the upper chamber. It is injected into the upper part of the chamber, and the liquid filled in the lower part of the lower chamber is pressurized to the target pressure and then discharged. When the bar rises, the liquid filled in the upper part of the upper chamber flows into the lower part of the upper chamber, and the supercooled liquid in the upper part of the lower chamber flows into the lower part of the lower chamber.

프랑스 크라이오스타(Cryostar SAS)의 특허문헌 1을 살펴보면, 챔버로 들어온 액체가 가압 공간으로 들어가서 플런저를 통해 액체가 가압된다. Looking at Patent Document 1 of French Cryostar SAS, the liquid entering the chamber enters the pressurized space and the liquid is pressurized through the plunger.

이와 같이, 종래 기술은 고압 액체를 만들기 위해, 긴 형상의 막대에 누르는 힘인 압축응력(compressive stress)을 반복적으로 가하기 때문에, 같은 크기의 당기는 힘인 인장응력(tensile stress)이 가해지는 경우보다 옆으로 휘는 버클링(buckling)의 발생 가능성이 높아진다. 이를 방지하기 위해 굵은 막대를 사용할 수 있으나, 막대의 단면적을 통해 챔버로의 열전달이 커지고, 막대의 열용량이 커져 펌프 작동 초기에 극저온 액체의 소모를 증가시킨다.In this way, in the prior art, in order to create high-pressure liquid, compressive stress, which is a pressing force, is repeatedly applied to a long bar, so that it bends sideways compared to when tensile stress, which is a pulling force of the same magnitude, is applied. The likelihood of buckling increases. To prevent this, a thick rod can be used, but the cross-sectional area of the rod increases heat transfer to the chamber, and the heat capacity of the rod increases, increasing the consumption of cryogenic liquid at the beginning of pump operation.

특허문헌 2의 경우, 막대에 가해지는 장력과 스프링 복원력을 이용하여 액체의 유입, 가압, 이동의 흐름을 만드는데, 극저온에서는 취성이 생겨서 스프링을 이용한 펌프 제어에 한계가 있다. In the case of Patent Document 2, the tension applied to the rod and the spring restoring force are used to create a flow of liquid inflow, pressure, and movement, but there are limits to pump control using springs due to brittleness at cryogenic temperatures.

본 개시의 극저온 왕복동 펌프는 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 장력을 이용하여 고압의 액체를 생성하는 구조를 가지고, 이에 대해 다음에서 자세히 설명한다.In order to solve the problems of the prior art, the cryogenic reciprocating pump of the present disclosure has a structure that generates high-pressure liquid using tension, which will be described in detail below.

본 개시에서 극저온 액체가 극저온 왕복동 펌프에 의해 가압되는데, 극저온 액체로서 약 20K의 액화수소를 예로 들어 설명할 수 있다.In the present disclosure, a cryogenic liquid is pressurized by a cryogenic reciprocating pump, and liquefied hydrogen of about 20K can be used as an example as the cryogenic liquid.

도 1 및 도 2는 한 실시예에 따른 극저온 왕복동 펌프의 구조도이다.1 and 2 are structural diagrams of a cryogenic reciprocating pump according to one embodiment.

도 1과 도 2를 참고하면, 극저온 왕복동 펌프(Cryogenic Reciprocating Pump)(100A, 100B)는 극저온 액체(cryogenic liquid)의 압력을 높이는 장치로서 극저온 액체(예, 상압 액체)를 공급받고, 이를 가압하여 고압(예를 들면, 900bar) 극저온 액체를 배출한다. 극저온 액체는 일반적으로 포화상태의 액체상태로 보관되기 때문에 작은 열침입이나 유동에 의해서도 쉽게 증발한다. 만약 액체가 펌프 작동 중에 펌프 내부에서 증발한다면 전체적인 비체적이 커지면서 압축 후의 용적 효율이 줄어들 수 있다. 따라서, 극저온 왕복동 펌프(100A, 100B)는 외부에서 유입된 포화상태의 액체를 챔버 하단에서 약간 가압하여 과냉 상태로 만들고, 과냉 상태의 액체를 챔버 상단에서 목표 고압(예를 들면, 900bar)으로 만드는 2단계 가압을 진행한다. Referring to FIGS. 1 and 2, a cryogenic reciprocating pump (100A, 100B) is a device that increases the pressure of cryogenic liquid. It receives cryogenic liquid (e.g., normal pressure liquid) and pressurizes it. Discharges high pressure (e.g. 900 bar) cryogenic liquid. Cryogenic liquids are generally stored in a saturated liquid state, so they easily evaporate due to small heat intrusion or flow. If liquid evaporates inside the pump during pump operation, the overall specific volume may increase and the volumetric efficiency after compression may decrease. Therefore, the cryogenic reciprocating pumps (100A, 100B) slightly pressurize the saturated liquid introduced from the outside at the bottom of the chamber to make it supercooled, and bring the supercooled liquid to a target high pressure (e.g., 900 bar) at the top of the chamber. Proceed with step 2 pressurization.

극저온 왕복동 펌프(100A, 100B)는 피스톤이 연결된 막대에 장력이 가해질 때 고압 액체를 생성하고 배출한다. 즉, 극저온 왕복동 펌프(100A, 100B)는 막대에 누르는 힘을 가해서 챔버 하단에서 과냉된 액체를 챔버 상단으로 이동시키고, 막대에 당기는 힘(장력)을 가해서 챔버 상단의 과냉 상태의 액체를 장력으로 목표 압력까지 가압한 후 배출한다. 이때, 챔버 하단에서 과냉된 액체가 챔버 상단으로 흐르는 유로가 도 1과 같이 피스톤 내부에 형성되거나, 도 2와 같이 챔버 외부에 형성될 수 있다.Cryogenic reciprocating pumps (100A, 100B) generate and discharge high-pressure liquid when tension is applied to the rod to which the piston is connected. In other words, the cryogenic reciprocating pumps (100A, 100B) apply a pressing force to the rod to move the supercooled liquid from the bottom of the chamber to the top of the chamber, and apply a pulling force (tension) to the rod to target the supercooled liquid at the top of the chamber with tension. Pressurize to pressure and discharge. At this time, a flow path through which the supercooled liquid from the bottom of the chamber flows to the top of the chamber may be formed inside the piston as shown in FIG. 1, or may be formed outside the chamber as shown in FIG. 2.

도 1을 참고하면, 극저온 왕복동 펌프(100A)는 내부에 공간이 형성된 챔버(110A), 챔버(110A) 내부를 챔버 상단과 챔버 하단으로 분리하고 상하 움직이는 피스톤(120A), 피스톤(120A)에 연결되어 피스톤을 상하 이동시키는 막대(130A), 그리고 챔버 상단과 챔버 하단의 압력 차이에 따라 개폐되어 입구(inlet)에서 출구(outlet) 방향으로 액체 흐름을 형성하는 복수의 체크밸브들(141A, 142A, 143A)을 포함할 수 있다. 극저온 왕복동 펌프(100A)의 경우, 피스톤(120A) 내부에 챔버 하단에서 챔버 하단으로의 유로가 형성될 수 있다. 체크밸브(143A)가 피스톤(120A)에 형성되고, 체크밸브(143A)가 열리면 챔버 하단의 액체가 피스톤(120A)을 관통해서 챔버 상단으로 유입될 수 있다. Referring to Figure 1, the cryogenic reciprocating pump (100A) has a chamber (110A) with a space formed inside, the inside of the chamber (110A) is separated into the upper part of the chamber and the lower part of the chamber, and a piston (120A) that moves up and down is connected to the piston (120A). a rod 130A that moves the piston up and down, and a plurality of check valves 141A, 142A that open and close according to the pressure difference between the top and bottom of the chamber to form a liquid flow from the inlet to the outlet. 143A) may be included. In the case of the cryogenic reciprocating pump (100A), a flow path from the bottom of the chamber to the bottom of the chamber may be formed inside the piston (120A). A check valve (143A) is formed on the piston (120A), and when the check valve (143A) is opened, liquid at the bottom of the chamber can pass through the piston (120A) and flow into the top of the chamber.

한편, 피스톤(120A)이 올라가는 경우, 포화상태의 외부 액체가 압력 차이에 의해 챔버 하단으로 들어오는데, 챔버 하단에 필연적으로 극저온 액체가 증발하여 기포가 발생하게 된다. 따라서, 챔버 하단의 기체가 피스톤(120A)의 내부 유로로 유입되지 않도록, 피스톤(120A)은 내부 유로 끝단이 챔버 하단 방향으로 튀어나오는 구조로 형성된다. 이를 통해, 증발한 기체가 챔버 하단의 윗부분에 갇혀 피스톤(120A) 내부 유로로 유입되는 것을 방지할 수 있다.Meanwhile, when the piston 120A rises, the external liquid in a saturated state enters the bottom of the chamber due to the pressure difference, and the cryogenic liquid inevitably evaporates at the bottom of the chamber, generating bubbles. Therefore, to prevent gas at the bottom of the chamber from flowing into the internal flow path of the piston 120A, the piston 120A is formed in a structure in which the end of the internal flow path protrudes toward the bottom of the chamber. Through this, it is possible to prevent the evaporated gas from being trapped in the upper part of the bottom of the chamber and flowing into the internal flow path of the piston (120A).

도 2를 참고하면, 극저온 왕복동 펌프(100B)는 내부에 공간이 형성된 챔버(110B), 챔버(110B) 내부를 챔버 상단과 챔버 하단으로 분리하고 상하 움직이는 피스톤(120B), 피스톤(120B)에 연결되어 피스톤을 상하 이동시키는 막대(130B), 챔버 상단과 챔버 하단의 압력 차이에 따라 개폐되어 입구에서 출구 방향으로 액체 흐름을 형성하는 복수의 체크밸브들(141B, 142B, 143B), 그리고 챔버 하단에서 챔버 상단을 연결하는 외부 유로(150B)를 포함할 수 있다. 극저온 왕복동 펌프(100B)의 경우, 체크밸브(143B)가 챔버 하단에 배치되고, 체크밸브(143B)가 열리면 챔버 하단의 액체가 외부 유로(150B)를 통해 챔버 상단으로 유입될 수 있다.Referring to Figure 2, the cryogenic reciprocating pump (100B) has a chamber (110B) with a space formed inside, the inside of the chamber (110B) is separated into the upper part of the chamber and the lower part of the chamber, and a piston (120B) that moves up and down is connected to the piston (120B). a rod (130B) that moves the piston up and down, a plurality of check valves (141B, 142B, 143B) that open and close according to the pressure difference between the upper and lower chambers to form a liquid flow from the inlet to the outlet, and at the bottom of the chamber It may include an external flow path (150B) connecting the top of the chamber. In the case of the cryogenic reciprocating pump (100B), a check valve (143B) is disposed at the bottom of the chamber, and when the check valve (143B) is opened, liquid at the bottom of the chamber may flow into the top of the chamber through the external flow path (150B).

챔버(110A, 110B)는 피스톤(120A, 120B)에 의해, 상단과 하단으로 분리된다. 상단 챔버와 하단 챔버의 부피는 피스톤(120A, 120B)의 위치에 따라 가변된다. 하단 챔버는 외부에서 유입된 액체를 저장하고, 액체 가압 전 액체의 증발을 막기 위해 액체를 과냉시키는 공간이다. 상단 챔버는 하단 챔버에서 유입된 과냉 액체를 목표 압력까지 가압시키고 외부로 배출하는 공간이다. The chambers 110A and 110B are separated into upper and lower parts by pistons 120A and 120B. The volumes of the upper and lower chambers vary depending on the positions of the pistons 120A and 120B. The lower chamber is a space that stores liquid introduced from the outside and supercools the liquid to prevent evaporation before pressurizing the liquid. The upper chamber is a space where the supercooled liquid introduced from the lower chamber is pressurized to the target pressure and discharged to the outside.

피스톤(120A, 120B)는 막대(130A, 130B)에 가해진 힘에 의해 상하 운동을 한다. 피스톤(120A)의 경우, 내부에 챔버 하단에서 챔버 하단으로의 유로가 형성될 수 있다.The pistons (120A, 120B) move up and down by the force applied to the rods (130A, 130B). In the case of the piston 120A, a flow path from the bottom of the chamber to the bottom of the chamber may be formed inside.

막대(130A, 130B)는 극저온 왕복동 펌프(100A, 100B)의 바깥으로 연장되고, 외부의 구동장치(actuator)(미도시)에 의해 왕복운동을 한다. 막대(130A, 130B)에 당기는 힘(장력)이 가해지면, 연결된 피스톤(120A, 120B)이 위로 올라오고, 막대(130A, 130B)에 누르는 힘이 가해지면, 연결된 피스톤(120A, 120B)이 아래로 내려간다. 막대(130A, 130B)의 운동 범위는 챔버 용량 및 압력에 따라 결정될 수 있다. The rods 130A and 130B extend outside the cryogenic reciprocating pumps 100A and 100B and reciprocate by an external actuator (not shown). When a pulling force (tension) is applied to the rods (130A, 130B), the connected pistons (120A, 120B) rise upward, and when a pressing force is applied to the rods (130A, 130B), the connected pistons (120A, 120B) move downward. Go down to The range of motion of the rods 130A and 130B may be determined depending on chamber capacity and pressure.

극저온 왕복동 펌프(100A, 100B)의 입구(inlet)는 챔버(110A, 110B)의 바닥면 근처에 형성되고, 출구(outlet)는 챔버(110A, 110B)의 윗면 근처에 형성된다. 입구(inlet)는 상압의 극저온 액체 저장소 안에 잠겨 있거나, 상압의 극저온 액체 저장소에 연결될 수 있다. 출구(outlet)는 목표 고압 근처의 극저온 액체 저장소에 연결될 수 있다. 따라서, 극저온 왕복동 펌프(100A, 100B)에서 액체는 아래에서 위로 흘러서 배출된다. The inlet of the cryogenic reciprocating pump (100A, 100B) is formed near the bottom surface of the chamber (110A, 110B), and the outlet (outlet) is formed near the top surface of the chamber (110A, 110B). The inlet may be immersed in an atmospheric pressure cryogenic liquid reservoir or connected to an atmospheric pressure cryogenic liquid reservoir. The outlet may be connected to a cryogenic liquid reservoir near the target high pressure. Accordingly, in the cryogenic reciprocating pumps 100A and 100B, the liquid flows from bottom to top and is discharged.

체크밸브들은 액체를 한 방향으로만 흐르게 만드는 밸브들로서, 아래 입구(inlet)에서 윗쪽 출구(outlet) 방향으로만 흐름을 만들 수 있다. 체크밸브들은 정해진 한 방향으로 압력 차이가 발생하면 열리고, 그렇지 않으면 닫힌다.Check valves are valves that allow liquid to flow in only one direction, from the bottom inlet to the top outlet. Check valves open when a pressure difference occurs in one direction, and close otherwise.

체크밸브(141A, 141B)는 입구(inlet)에 배치되고, 외부의 액체를 챔버 하단으로 유입시키는 유체 흐름을 만든다. 체크밸브(142A, 142B)는 출구(outlet)에 배치되고, 챔버 상단의 고압 액체를 출구로 배출하는 유체 흐름을 만든다.The check valves 141A and 141B are disposed at the inlet and create a fluid flow that causes external liquid to flow into the bottom of the chamber. Check valves 142A and 142B are disposed at the outlet and create a fluid flow that discharges the high-pressure liquid at the top of the chamber to the outlet.

체크밸브(143A)는 피스톤(120A) 내부 유로에 배치되고, 챔버 하단의 과냉 액체를 챔버 상단으로 이동시키는 유체 흐름을 만든다. 체크밸브(143B)는 외부 유로(150B)에 배치될 수 있고, 챔버 하단의 과냉 액체를 챔버 상단으로 이동시키는 유체 흐름을 만든다.The check valve 143A is disposed in the internal flow path of the piston 120A and creates a fluid flow that moves the supercooled liquid at the bottom of the chamber to the top of the chamber. The check valve 143B may be disposed in the external flow path 150B and creates a fluid flow that moves the subcooled liquid at the bottom of the chamber to the top of the chamber.

이외에도 극저온 왕복동 펌프(100A, 100B)에 열침입을 막기 위한 절연체가 부가될 수 있다. 막대가 움직이는 부분에서 발생할 수 있는 누설을 막기 위해 극저온 왕복동 펌프(100A, 100B)에 동적 실링이 부가될 수 있다. 누설된 기체를 재액화하는 장치 또는 누설된 기체를 별도의 기체 저장소로 운반하는 장치가 극저온 왕복동 펌프(100A, 100B)에 부가될 수 있다. In addition, an insulator may be added to the cryogenic reciprocating pumps (100A, 100B) to prevent heat intrusion. Dynamic seals may be added to the cryogenic reciprocating pumps 100A and 100B to prevent leakage that may occur at the moving part of the rod. A device for reliquefying the leaked gas or a device for transporting the leaked gas to a separate gas storage may be added to the cryogenic reciprocating pumps 100A and 100B.

막대(130A, 130B)에 당기는 힘(장력)이 가해지면, 막대(130A, 130B)에 연결된 피스톤(120A, 120B)이 위로 올라간다. 막대가 올라가는 동안, 챔버 하단은 팽창하고 챔버 상단은 압축된다. 따라서, 챔버 상단보다 낮아진 챔버 하단의 압력에 의해, 챔버 하단에서 챔버 상단으로 유체 흐름을 만드는 체크밸브(143A, 143B)는 닫힌다. 대신, 입구보다 낮아진 챔버 하단의 압력에 의해 체크밸브(141A, 141B)가 열려서 외부의 액체가 챔버 하단으로 상압의 극저온 유체가 유입된다. 또한, 막대가 올라가는 동안, 챔버 상단의 액체는 가압되고, 목표 압력에 도달하면 출구와의 압력 차이가 발생해서 체크밸브(142A, 142B)가 열린다. 그러면, 챔버 상단에서 가압된 고압 액체가 체크밸브(142A, 142B)를 통해 출구로 배출된다.When a pulling force (tension) is applied to the rods 130A and 130B, the pistons 120A and 120B connected to the rods 130A and 130B move upward. As the rod rises, the bottom of the chamber expands and the top of the chamber compresses. Accordingly, the check valves 143A and 143B, which create a fluid flow from the bottom of the chamber to the top of the chamber, are closed due to the pressure at the bottom of the chamber being lower than that of the top of the chamber. Instead, the check valves 141A and 141B are opened due to the pressure at the bottom of the chamber being lower than the inlet, so that external liquid and cryogenic fluid at normal pressure flow into the bottom of the chamber. Additionally, while the rod rises, the liquid at the top of the chamber is pressurized, and when the target pressure is reached, a pressure difference with the outlet occurs and the check valves 142A and 142B open. Then, the high-pressure liquid pressurized at the top of the chamber is discharged to the outlet through the check valves 142A and 142B.

막대(130A, 130B)에 누르는 힘(응력)이 가해지면, 피스톤(120A, 120B)이 아래로 내려온다. 막대가 내려오는 동안, 챔버 하단은 압축되고 챔버 상단은 팽창한다. 따라서, 챔버 상단보다 높아진 챔버 하단의 압력에 의해, 체크밸브(143A, 143B)가 열리고, 챔버 하단에서 챔버 상단으로 유체가 흐른다. 한편, 입구보다 높아진 챔버 하단의 압력에 의해 입구에서 챔버 하단으로 유체 흐름을 만드는 체크밸브(141A, 141B)는 닫힌다. 또한, 막대가 올라가는 동안, 출구보다 낮아진 챔버 상단의 압력에 의해, 챔버 상단에서 출구로 유체 흐름을 만드는 체크밸브(142A, 142B)는 닫힌다. When a pressing force (stress) is applied to the rods 130A and 130B, the pistons 120A and 120B move down. As the rod is lowered, the bottom of the chamber is compressed and the top of the chamber expands. Accordingly, the check valves 143A and 143B open due to the pressure at the bottom of the chamber being higher than that at the top of the chamber, and fluid flows from the bottom of the chamber to the top of the chamber. Meanwhile, the check valves 141A and 141B, which create a fluid flow from the inlet to the bottom of the chamber, are closed due to the pressure at the bottom of the chamber being higher than the inlet. Additionally, while the rod is rising, the check valves 142A and 142B, which create a fluid flow from the top of the chamber to the outlet, are closed due to the pressure at the top of the chamber being lower than the outlet.

막대(130A, 130B)가 지정된 최고 지점까지 올라가면, 막대(130A, 130B)에 가해지는 힘이 위로 당기는 장력에서 아래로 누르는 응력으로 전환되고, 막대(130A, 130B)가 지정된 최저 지점까지 내려가면, 막대(130A, 130B)에 가해지는 힘이 전환되면서, 왕복동 운동이 반복될 수 있다. When the bars 130A, 130B are raised to the designated highest point, the force applied to the bars 130A, 130B switches from an upward pulling tension to a downward pressing stress, and when the bars 130A, 130B are lowered to the designated lowest point, As the force applied to the rods 130A and 130B is switched, the reciprocating motion may be repeated.

이처럼, 막대(130A, 130B)가 올라갈 때 액체가 가압되고, 내려갈 때 챔버 하단에서 챔버 상단으로의 액체 이동이 발생한다. 따라서, 극저온 왕복동 펌프(100A, 100B)는 장력을 이용하여 고압의 액체를 생성하고, 유동을 발생시킬 정도로 막대(130)에 압축응력을 가하기 때문에, 막대에 큰 압축응력을 가해 고압의 액체를 만드는 종래 기술에 비해 옆으로 휘는 버클링(buckling) 발생 가능성이 적다. 결국, 극저온 왕복동 펌프(100A, 100B)는 종래 기술에 비해 상대적으로 가는 막대를 사용할 수 있고, 이에 따라 외부로 연장된 막대를 통한 열침입을 줄일 수 있다. 또한, 극저온 왕복동 펌프(100A, 100B)는 입구가 아래에 있으므로, 극저온 액체 저장소의 낮은 수위에서도 작동할 수 있다. 따라서, 극저온 액체 저장소에 저장되어야 하는 최소 필요량이 줄일 수 있다.In this way, the liquid is pressurized when the rods 130A and 130B go up, and when the rods 130A and 130B go down, the liquid moves from the bottom of the chamber to the top of the chamber. Therefore, the cryogenic reciprocating pumps (100A, 100B) generate high-pressure liquid using tension and apply compressive stress to the rod 130 enough to generate flow, thereby creating high-pressure liquid by applying large compressive stress to the rod. Compared to the prior art, there is less possibility of sideways buckling. Ultimately, the cryogenic reciprocating pumps (100A, 100B) can use relatively thin rods compared to the prior art, thereby reducing heat intrusion through the rod extending to the outside. Additionally, since the cryogenic reciprocating pumps 100A and 100B have downward inlets, they can operate even at low water levels in the cryogenic liquid reservoir. Accordingly, the minimum amount required to be stored in cryogenic liquid storage can be reduced.

도 3은 극저온 왕복동 펌프 내 막대에 의한 챔버 상단과 챔버 하단의 단면적 차이를 설명하는 도면이고, 도 4는 극저온 왕복동 펌프에서 생성된 원치 않는 고압을 설명하는 도면이다.FIG. 3 is a diagram explaining the difference in cross-sectional area between the top and bottom of the chamber due to the rod in the cryogenic reciprocating pump, and FIG. 4 is a diagram explaining the unwanted high pressure generated in the cryogenic reciprocating pump.

도 3을 참고하면, 장력을 이용하는 극저온 왕복동 펌프(100A, 100B)는 막대(130A, 130B)에 의해 챔버 상단과 챔버 하단의 단면적이 달라진다. 막대(130A/130B)가 움직이는 챔버 상단의 단면적(A)과, 막대(130A/130B)가 없는 챔버 하단의 단면적(A’)을 비교해 보면, 챔버 상단에서 액체가 머무를 수 있는 공간의 단면적이 막대에 의해 좁아진다. 따라서, 피스톤(120A, 120B)이 내려오거나 올라갈 때, 챔버 상단과 챔버 하단의 부피 합인 챔버 유효 부피가 변하게 된다. 특히 극저온 액체는 비압축성 유체라서, 내부 부피 변화에 따라 원치 않는 압력 증가가 일어날 수 있다. Referring to FIG. 3, the cryogenic reciprocating pumps (100A, 100B) using tension have different cross-sectional areas at the top and bottom of the chamber due to the rods (130A, 130B). Comparing the cross-sectional area (A) of the top of the chamber where the rod (130A/130B) moves and the cross-sectional area (A') of the bottom of the chamber without the rod (130A/130B), the cross-sectional area of the space where the liquid can stay at the top of the chamber is the rod. narrowed by Therefore, when the pistons 120A and 120B go down or up, the chamber effective volume, which is the sum of the volumes of the upper and lower chambers, changes. In particular, cryogenic liquids are incompressible fluids, so unwanted pressure increases may occur due to changes in internal volume.

극저온 왕복동 펌프(100A, 100B)의 챔버 하단은 액체를 과냉시키기만 하면 되기 때문에 펌프 외부의 압력보다 약간(예를 들면, 3bar 정도) 높아도 되고, 이를 견딜 수 있도록 설계된다. 하지만, 피스톤(120A, 120B)이 내려오는 경우, 챔버 상단과 챔버 하단의 단면적 차이로 인해, 챔버 하단에서 원치 않는 압력 증가가 발생할 수 있다. 도 4를 참고하면, 이러한 챔버 상단과 챔버 하단의 단면적 차이에 의해, 챔버 하단의 압력이 챔버 상단만큼 매우 커질 수도 있음을 보여준다. 따라서, 장력을 이용한 고압 생성이라는 극저온 왕복동 펌프(100A, 100B)의 본질적인 목적에도 영향을 줄 수 있다.Since the bottom of the chamber of the cryogenic reciprocating pump (100A, 100B) only needs to supercool the liquid, the pressure outside the pump may be slightly higher (for example, about 3 bar) and is designed to withstand this pressure. However, when the pistons 120A and 120B descend, an unwanted increase in pressure may occur at the bottom of the chamber due to the difference in cross-sectional area between the top and bottom of the chamber. Referring to FIG. 4, it is shown that due to the difference in cross-sectional area between the top and bottom of the chamber, the pressure at the bottom of the chamber may be as large as the top of the chamber. Therefore, it may also affect the essential purpose of the cryogenic reciprocating pumps (100A, 100B), which is to generate high pressure using tension.

또한, 극저온 왕복동 펌프(100A, 100B)는 극저온 액체가 저장된 액화수소 듀어(Dewar)에 잠기게 되는데, 극저온 액체는 일반적으로 포화상태이다. 포화상태 액체는 작은 압력 강하나 열유입에 의해서 쉽게 증발한다. 피스톤(120A, 120B)이 올라가는 경우, 포화상태의 외부 액체가 압력 차이에 의해 챔버 하단으로 들어오는데, 도 1 및 도 2에 표시된 바와 같이, 챔버 하단에 필연적으로 극저온 액체가 증발하여 기포가 발생하게 된다. 기체는 액체보다 비체적이 훨씬 크기 때문에 챔버 내부의 기체는 펌프가 한 스트로크(stroke)에 가압시키는 질량 유량을 줄이고, 펌프의 성능 저하의 원인이 될 수 있다. In addition, the cryogenic reciprocating pumps 100A and 100B are immersed in a liquefied hydrogen Dewar storing cryogenic liquid, and the cryogenic liquid is generally in a saturated state. Saturated liquids evaporate easily due to small pressure drops or heat influx. When the pistons (120A, 120B) rise, the external liquid in a saturated state enters the bottom of the chamber due to the pressure difference. As shown in Figures 1 and 2, the cryogenic liquid inevitably evaporates at the bottom of the chamber and bubbles are generated. . Since gas has a much larger specific volume than liquid, the gas inside the chamber reduces the mass flow rate that the pump pressurizes in one stroke and can cause a decrease in pump performance.

다음에서 장력을 이용하는 극저온 왕복동 펌프(100A, 100B)의 원치 않는 압력 증가를 예방하고, 챔버 내 기포를 제거하는 개선된 펌프에 대해 설명한다. In the following, an improved pump that prevents unwanted pressure increases in tension-based cryogenic reciprocating pumps (100A, 100B) and removes air bubbles in the chamber will be described.

도 5 및 도 6은 다른 실시예에 따른 극저온 왕복동 펌프의 구조도이다.5 and 6 are structural diagrams of a cryogenic reciprocating pump according to another embodiment.

도 5 및 도 6을 참고하면, 극저온 왕복동 펌프(200A, 200B)는 백업 릴리프 밸브(backup relief valve)(260A, 260B)를 통해 극저온 왕복동 펌프(100A, 100B)를 개선할 수 있다. Referring to FIGS. 5 and 6 , the cryogenic reciprocating pumps 200A and 200B can be improved on the cryogenic reciprocating pumps 100A and 100B through backup relief valves 260A and 260B.

도 5를 참고하면, 극저온 왕복동 펌프(200A)는 극저온 왕복동 펌프(100A)와 같이, 내부에 공간이 형성된 챔버(210A), 챔버(210A) 내부를 챔버 상단과 챔버 하단으로 분리하고 상하 움직이는 피스톤(220A), 피스톤(220A)에 연결되어 피스톤을 상하 이동시키는 막대(230A), 그리고 챔버 상단과 챔버 하단의 압력 차이에 따라 개폐되어 입구(inlet)에서 출구(outlet) 방향으로 액체 흐름을 형성하는 복수의 체크밸브들(241A, 242A, 243A)을 포함할 수 있다. 극저온 왕복동 펌프(200A)는 백업 릴리프 밸브(260A)를 더 포함한다.Referring to Figure 5, the cryogenic reciprocating pump (200A), like the cryogenic reciprocating pump (100A), has a chamber (210A) with a space formed inside, the inside of the chamber (210A) is divided into the upper part of the chamber and the lower part of the chamber, and a piston ( 220A), a rod (230A) connected to the piston (220A) to move the piston up and down, and a plurality of bars that open and close according to the pressure difference between the top and bottom of the chamber to form a liquid flow from the inlet to the outlet. It may include check valves (241A, 242A, 243A). The cryogenic reciprocating pump (200A) further includes a backup relief valve (260A).

도 6을 참고하면, 극저온 왕복동 펌프(200B)는 극저온 왕복동 펌프(100B)와 같이, 내부에 공간이 형성된 챔버(210B), 챔버(210B) 내부를 챔버 상단과 챔버 하단으로 분리하고 상하 움직이는 피스톤(220B), 피스톤(220B)에 연결되어 피스톤을 상하 이동시키는 막대(230B), 그리고 챔버 상단과 챔버 하단의 압력 차이에 따라 개폐되어 입구(inlet)에서 출구(outlet) 방향으로 액체 흐름을 형성하는 복수의 체크밸브들(241B, 242B, 243B)을 포함할 수 있다. 극저온 왕복동 펌프(200B)는 백업 릴리프 밸브)(260B)를 더 포함한다.Referring to Figure 6, the cryogenic reciprocating pump (200B), like the cryogenic reciprocating pump (100B), has a chamber (210B) with a space formed inside, the inside of the chamber (210B) is divided into the upper part of the chamber and the lower part of the chamber, and a piston ( 220B), a rod 230B connected to the piston 220B to move the piston up and down, and a plurality of bars that open and close according to the pressure difference between the top of the chamber and the bottom of the chamber to form a liquid flow from the inlet to the outlet. It may include check valves (241B, 242B, 243B). The cryogenic reciprocating pump (200B) further includes a backup relief valve (260B).

도 1 및 도 2에서 설명한 바와 같이, 챔버(210A, 110B)는 피스톤(220A, 220B)에 의해, 상단과 하단으로 분리된다. 상단 챔버와 하단 챔버의 부피는 피스톤(220A, 220B)의 위치에 따라 가변된다. 하단 챔버는 외부에서 유입된 액체를 저장하고, 액체 가압 전 액체의 증발을 막기 위해 액체를 과냉시키는 공간이다. 상단 챔버는 하단 챔버에서 유입된 과냉 액체를 목표 압력까지 가압시키고 외부로 배출하는 공간이다. As described in FIGS. 1 and 2, the chambers 210A and 110B are separated into upper and lower parts by pistons 220A and 220B. The volumes of the upper and lower chambers vary depending on the positions of the pistons 220A and 220B. The lower chamber is a space that stores liquid introduced from the outside and supercools the liquid to prevent evaporation before pressurizing the liquid. The upper chamber is a space where the supercooled liquid introduced from the lower chamber is pressurized to the target pressure and discharged to the outside.

피스톤(220A, 220B)는 막대(230A, 130B)에 가해진 힘에 의해 상하 운동을 한다. 피스톤(220A)의 경우, 내부에 챔버 하단에서 챔버 하단으로의 유로가 형성될 수 있다. 피스톤(220A)은 챔버 하단의 기체가 내부 유로로 유입되지 않도록, 내부 유로 끝단이 챔버 하단 방향으로 튀어나오는 구조로 형성된다.The pistons (220A, 220B) move up and down by the force applied to the rods (230A, 130B). In the case of the piston 220A, a flow path from the bottom of the chamber to the bottom of the chamber may be formed inside. The piston 220A is formed in a structure in which the end of the internal flow path protrudes toward the bottom of the chamber to prevent gas at the bottom of the chamber from flowing into the internal flow path.

막대(230A, 230B)는 극저온 왕복동 펌프(200A, 200B)의 바깥으로 연장되고, 외부의 구동장치(미도시)에 의해 왕복운동을 한다. 막대(230A, 230B)에 당기는 힘(장력)이 가해지면, 연결된 피스톤(220A, 220B)이 위로 올라오고, 막대(230A, 230B)에 누르는 힘이 가해지면, 연결된 피스톤(220A, 220B)이 아래로 내려간다. 막대(230A, 230B)의 운동 범위는 챔버 용량 및 압력에 따라 결정될 수 있다. The rods 230A and 230B extend outside the cryogenic reciprocating pumps 200A and 200B, and reciprocate by an external driving device (not shown). When a pulling force (tension) is applied to the rods (230A, 230B), the connected pistons (220A, 220B) rise upward, and when a pressing force is applied to the rods (230A, 230B), the connected pistons (220A, 220B) move downward. Go down to The range of motion of the rods 230A and 230B may be determined depending on chamber capacity and pressure.

극저온 왕복동 펌프(200A, 200B)의 입구는 챔버(210A, 210B)의 바닥면 근처에 형성되고, 출구는 챔버(210A, 110B)의 윗면 근처에 형성된다. 입구(inlet)는 상압의 극저온 액체 저장소 안에 잠겨 있거나, 상압의 극저온 액체 저장소에 연결될 수 있다. 출구는 목표 고압 근처의 극저온 액체 저장소에 연결될 수 있다. 따라서, 극저온 왕복동 펌프(200A, 200B)에서 액체는 아래에서 위로 흘러서 배출된다. The inlet of the cryogenic reciprocating pump (200A, 200B) is formed near the bottom surface of the chamber (210A, 210B), and the outlet is formed near the upper surface of the chamber (210A, 110B). The inlet may be immersed in an atmospheric pressure cryogenic liquid reservoir or connected to an atmospheric pressure cryogenic liquid reservoir. The outlet may be connected to a cryogenic liquid reservoir near the target high pressure. Accordingly, in the cryogenic reciprocating pumps 200A and 200B, the liquid flows from bottom to top and is discharged.

체크밸브(241A, 241B)는 입구(inlet)에 배치되고, 외부의 액체를 챔버 하단으로 유입시키는 유체 흐름을 만든다. 체크밸브(242A, 242B)는 출구(outlet)에 배치되고, 챔버 상단의 고압 액체를 출구로 배출하는 유체 흐름을 만든다. 체크밸브(243A)는 피스톤(220A) 내부 유로에 배치되고, 챔버 하단의 과냉 액체를 챔버 상단으로 이동시키는 유체 흐름을 만든다. 체크밸브(243B)는 외부 유로(250B)에 배치될 수 있고, 챔버 하단의 과냉 액체를 챔버 상단으로 이동시키는 유체 흐름을 만든다.The check valves 241A and 241B are disposed at the inlet and create a fluid flow that causes external liquid to flow into the bottom of the chamber. Check valves 242A and 242B are disposed at the outlet and create a fluid flow that discharges the high-pressure liquid at the top of the chamber to the outlet. The check valve 243A is disposed in the internal flow path of the piston 220A and creates a fluid flow that moves the supercooled liquid at the bottom of the chamber to the top of the chamber. The check valve 243B may be disposed in the external flow path 250B and creates a fluid flow that moves the subcooled liquid at the bottom of the chamber to the top of the chamber.

백업 릴리프 밸브(260A, 260B)는 챔버 하단의 압력이 기준 압력을 초과하지 않도록 제어하는 밸브이다. 백업 릴리프 밸브(260A, 260B)는 챔버 하단의 압력이 기준 압력을 초과하는 경우, 열린다. 열린 백업 릴리프 밸브(260A, 260B)를 통해, 챔버 하단의 액체뿐만 아니라, 기체가 외부로 배출될 수 있다. 백업 릴리프 밸브(260A, 260B)가 액체/기체를 배출하는 크래킹 압력(cracking pressure)은 유체 흐름을 생성하는 체크밸브보다 큰 값으로 설계된다. 백업 릴리프 밸브(260A, 260B)의 크래킹 압력은 챔버 하단의 기준 압력일 수 있다. The backup relief valves 260A and 260B are valves that control the pressure at the bottom of the chamber so that it does not exceed the reference pressure. Backup relief valves 260A and 260B open when the pressure at the bottom of the chamber exceeds the reference pressure. Through the open backup relief valves 260A and 260B, gas as well as liquid at the bottom of the chamber can be discharged to the outside. The cracking pressure at which the backup relief valves (260A, 260B) discharge liquid/gas is designed to be greater than that of the check valve that generates fluid flow. The cracking pressure of the backup relief valves 260A and 260B may be the reference pressure at the bottom of the chamber.

백업 릴리프 밸브(260A, 260B)는 증발된 기체가 외부로 배출되도록, 기체가 모여 있는 위치인 피스톤(220A, 220B)의 하사점(Bottom Dead center)에 배치될 수 있다. The backup relief valves 260A and 260B may be disposed at the bottom dead center of the pistons 220A and 220B, where gas is collected, so that the evaporated gas is discharged to the outside.

도 1 및 도 2에서 설명한 바와 같이, 막대(230A, 230B)에 당기는 힘(장력)이 가해지면, 막대(230A, 230B)가 위로 올라간다. 막대가 올라가는 동안, 챔버 하단은 팽창하고 챔버 상단은 압축된다. 따라서, 챔버 상단보다 낮아진 챔버 하단의 압력에 의해, 챔버 하단에서 챔버 상단으로 유체 흐름을 만드는 체크밸브(243A, 243B)는 닫힌다. 대신, 입구보다 낮아진 챔버 하단의 압력에 의해 체크밸브(241A, 241B)가 열려서 외부의 액체가 챔버 하단으로 상압의 극저온 유체가 유입된다. 또한, 막대가 올라가는 동안, 챔버 상단의 액체는 가압되고, 목표 압력에 도달하면 출구와의 압력 차이가 발생해서 체크밸브(242A, 242B)가 열린다. 그러면, 챔버 상단에서 가압된 고압 액체가 체크밸브(242A, 242B)를 통해 출구로 배출된다. 이때, 챔버 하단은 팽창해서 기준 압력보다 낮은 상태이므로, 기준 압력을 크랙킹 압력으로 가지는 백업 릴리프 밸브(260A, 260B)는 닫혀 있다.As described in FIGS. 1 and 2, when a pulling force (tension) is applied to the bars 230A and 230B, the bars 230A and 230B move upward. As the rod rises, the bottom of the chamber expands and the top of the chamber compresses. Accordingly, the check valves 243A and 243B, which create a fluid flow from the bottom of the chamber to the top of the chamber, are closed due to the pressure at the bottom of the chamber being lower than that of the top of the chamber. Instead, the check valves 241A and 241B are opened due to the pressure at the bottom of the chamber being lower than the inlet, so that external liquid and cryogenic fluid at normal pressure flow into the bottom of the chamber. Additionally, while the rod rises, the liquid at the top of the chamber is pressurized, and when the target pressure is reached, a pressure difference with the outlet occurs and the check valves 242A and 242B open. Then, the high-pressure liquid pressurized at the top of the chamber is discharged to the outlet through the check valves 242A and 242B. At this time, since the bottom of the chamber expands and is lower than the reference pressure, the backup relief valves 260A and 260B, which have the reference pressure as the cracking pressure, are closed.

막대(230A, 230B)에 누르는 힘(응력)이 가해지면, 막대(230A, 130B)가 아래로 내려온다. 막대가 내려오는 동안, 챔버 하단은 압축되고 챔버 상단은 팽창한다. 따라서, 챔버 상단보다 높아진 챔버 하단의 압력에 의해, 체크밸브(243A, 243B)가 열리고, 챔버 하단에서 챔버 상단으로 유체가 흐른다. 한편, 입구보다 높아진 챔버 하단의 압력에 의해 입구에서 챔버 하단으로 유체 흐름을 만드는 체크밸브(241A, 241B)는 닫힌다. 또한, 막대가 올라가는 동안, 출구보다 낮아진 챔버 상단의 압력에 의해, 챔버 상단에서 출구로 유체 흐름을 만드는 체크밸브(242A, 242B)는 닫힌다. 한편, 막대(230A, 230B)에 누르는 힘이 가해지는 동안, 챔버 상단과 챔버 하단의 단면적 차이로 인해, 챔버 하단의 압력이 상승해서 설계된 기준 압력을 초과할 수 있다. 그러면, 기준 압력을 크랙킹 압력으로 가지는 백업 릴리프 밸브(260A, 260B)가 열리고 챔버 하단의 액체/기체가 외부로 배출되어, 챔버 하단의 압력이 기준 압력을 넘어 상승하는 것을 방지한다. 또한, 열린 백업 릴리프 밸브(260A, 260B)를 통해 액체보다 비체적이 훨씬 큰 기체가 배출되므로, 펌프 성능 저하를 유발하는 챔버 내부의 기체(기포)를 제거할 수 있다. When a pressing force (stress) is applied to the bars 230A and 230B, the bars 230A and 130B move down. As the rod is lowered, the bottom of the chamber is compressed and the top of the chamber expands. Accordingly, the check valves 243A and 243B open due to the pressure at the bottom of the chamber being higher than that at the top of the chamber, and fluid flows from the bottom of the chamber to the top of the chamber. Meanwhile, the check valves 241A and 241B, which create a fluid flow from the inlet to the bottom of the chamber, are closed due to the pressure at the bottom of the chamber being higher than the inlet. Additionally, while the rod is rising, the check valves 242A and 242B, which create a fluid flow from the top of the chamber to the outlet, are closed due to the pressure at the top of the chamber being lower than the outlet. Meanwhile, while a pressing force is applied to the rods 230A and 230B, the pressure at the bottom of the chamber may increase due to the difference in cross-sectional area between the upper and lower chambers and exceed the designed reference pressure. Then, the backup relief valves 260A and 260B, which have the reference pressure as the cracking pressure, are opened and the liquid/gas at the bottom of the chamber is discharged to the outside, thereby preventing the pressure at the bottom of the chamber from rising beyond the reference pressure. In addition, since gas with a specific volume much larger than the liquid is discharged through the open backup relief valves 260A and 260B, gas (bubbles) inside the chamber that causes deterioration of pump performance can be removed.

막대(230A, 230B)가 지정된 최고 지점까지 올라가면, 막대(230A, 230B)에 가해지는 힘이 위로 당기는 장력에서 아래로 누르는 응력으로 전환되고, 막대(230A, 230B)가 지정된 최저 지점까지 내려가면, 막대(230A, 230B)에 가해지는 힘이 전환되면서, 왕복동 운동이 반복될 수 있다. When the bars 230A, 230B are raised to the specified highest point, the force applied to the bars 230A, 230B switches from an upward pulling tension to a downward pressing stress, and when the bars 230A, 230B are lowered to the designated lowest point, As the force applied to the rods 230A and 230B is switched, the reciprocating motion may be repeated.

도 7은 한 실시예에 따른 극저온 왕복동 펌프의 동작 방법이다.Figure 7 is a method of operating a cryogenic reciprocating pump according to one embodiment.

도 7을 참고하면, 본 개시의 극저온 왕복동 펌프는 챔버 내 피스톤에 연결된 막대에 아래로 누르는 응력이 가해지는 동안, 챔버 하단에서 과냉된 액체를 챔버 상단으로 이동시킨다(S110). 한편, 막대를 누르는 응력이 가해지는 동안, 챔버 하단의 압력이 기준 압력을 초과하는 경우, 백업 릴리프 밸브(260A, 260B)를 통해 챔버 하단의 액체 및/또는 기체가 외부로 배출된다. Referring to FIG. 7, the cryogenic reciprocating pump of the present disclosure moves the supercooled liquid from the bottom of the chamber to the top of the chamber while a downward stress is applied to the rod connected to the piston in the chamber (S110). Meanwhile, while the stress pressing the rod is applied, if the pressure at the bottom of the chamber exceeds the reference pressure, the liquid and/or gas at the bottom of the chamber is discharged to the outside through the backup relief valves 260A and 260B.

본 개시의 극저온 왕복동 펌프는 막대에 위로 당기는 장력이 가해지는 동안, 챔버 상단의 액체를 목표 압력까지 가압해서 배출한다(S120). 한편, 막대를 당기는 장력이 가해지는 동안, 외부에서 챔버 하단으로 액체가 유입된다.The cryogenic reciprocating pump of the present disclosure pressurizes and discharges the liquid at the top of the chamber to the target pressure while an upward pulling tension is applied to the rod (S120). Meanwhile, while tension is applied to pull the rod, liquid flows into the bottom of the chamber from the outside.

이때, 막대를 아래로 누르는 응력과 막대를 위로 당기는 장력이 번갈아 가해져서, 막대 및 피스톤을 상하운동시킬 수 있다. At this time, the stress pressing the rod down and the tension pulling the rod upward are applied alternately, allowing the rod and piston to move up and down.

이와 같이, 실시예에 따른 극저온 왕복동 펌프는 장력을 이용하여 고압의 액체를 생성하고, 유동을 발생시킬 정도로 막대에 압축응력을 가하기 때문에, 막대에 큰 압축응력을 가해 고압의 액체를 만드는 기술에 비해 버클링 발생 가능성을 낮출 수 있다.In this way, the cryogenic reciprocating pump according to the embodiment generates high-pressure liquid using tension and applies compressive stress to the rod enough to generate flow, compared to technology that creates high-pressure liquid by applying large compressive stress to the rod. It can reduce the possibility of buckling occurring.

실시예에 따른 극저온 왕복동 펌프는 종래 기술에 비해 상대적으로 가는 막대를 사용할 수 있어서, 외부로 연장된 막대를 통한 열침입을 줄일 수 있다. The cryogenic reciprocating pump according to the embodiment can use a relatively thin rod compared to the prior art, thereby reducing heat intrusion through the rod extending externally.

실시예에 따른 극저온 왕복동 펌프는 입구가 아래에 있으므로, 극저온 액체 저장소의 낮은 수위에서도 작동할 수 있다.Since the cryogenic reciprocating pump according to the embodiment has a downward inlet, it can operate even at low water levels in the cryogenic liquid reservoir.

막대(rod)가 달린 피스톤에 의해, 막대가 있는 챔버 상단과 막대가 없는 챔버 하단이 나뉘는 극저온 왕복동 펌프에서, 막대에 의한 챔버 상단과 하단의 단면적 차이로 인해 원치 않는 압력이 증가되는데, 실시예에 따른 극저온 왕복동 펌프는 백업 릴리프 밸브를 통한 내부 압력 조절을 해서, 장력을 이용하는 극저온 왕복동 펌프에서 발생할 수밖에 없는 원치 않는 압력 상승을 해소할 수 있다. In a cryogenic reciprocating pump in which the top of the chamber with a rod and the bottom of the chamber without the rod are divided by a piston with a rod, unwanted pressure increases due to the difference in cross-sectional area between the top and bottom of the chamber due to the rod. The cryogenic reciprocating pump regulates internal pressure through a backup relief valve, thereby eliminating the unwanted pressure increase that inevitably occurs in cryogenic reciprocating pumps that use tension.

실시예에 따른 극저온 왕복동 펌프는 챔버 내부에서 설계 범위를 벗어나는 에서 고압 발생을 방지하여 안전성을 높일 수 있고, 백업 릴리프 밸브의 교체가 간편해서 유지 보수의 편의성을 높일 수 있다.The cryogenic reciprocating pump according to the embodiment can increase safety by preventing the generation of high pressure outside the design range inside the chamber, and can increase convenience of maintenance by easily replacing the backup relief valve.

실시예에 따른 극저온 왕복동 펌프는 내부의 기체(기포)를 제거할 수 있어서, 외부 유입 액체의 증발에 의한 성능 저하를 방지할 수 있다.The cryogenic reciprocating pump according to the embodiment can remove internal gas (bubbles), thereby preventing performance degradation due to evaporation of externally introduced liquid.

도 8은 한 실시예에 따른 수소 공급 시스템의 개념도이다.Figure 8 is a conceptual diagram of a hydrogen supply system according to one embodiment.

도 8을 참고하면, 수소는 상온의 기체수소가 아닌 극저온의 액화수소로 저장되는 것이 효과적이다. 따라서, 수소충전소는 액화수소를 액화수소 저장소(liquid hydrogen Storage)(10)에 저장하고, 액화수소를 기화시키는 증발기(Evaporator)(11) 및 수소 디스펜서(Hydrogen Dispenser)(12)를 통해 수소차량(20)에 액화수소를 공급한다. Referring to FIG. 8, it is effective to store hydrogen as cryogenic liquefied hydrogen rather than as gaseous hydrogen at room temperature. Therefore, the hydrogen charging station stores liquefied hydrogen in the liquid hydrogen storage (10) and supplies hydrogen vehicles ( 20) Supply liquefied hydrogen.

액화수소는 기체수소에 비해 밀도가 높아서 용적 효율이 높다. 또한 수소차량에 이용되는 수소는 고순도여야 하므로, 기체수소를 이용할 경우 수분 또는 먼지 등의 불순물을 제거하는 작업이 필요하다. 하지만, 액화수소를 기화하여 수소차량에 주입하는 경우, 수소 액화 과정에서 불순물들이 제거되므로, 기체수소를 이용할 때 요구되는 별도의 고순도화 작업이 필요하지 않다. 따라서, 액화수소를 이용한 수소 공급 과정이 단순화된다.Liquefied hydrogen has a higher density than gaseous hydrogen, so its volumetric efficiency is high. Additionally, the hydrogen used in hydrogen vehicles must be of high purity, so when using gaseous hydrogen, it is necessary to remove impurities such as moisture or dust. However, when liquefied hydrogen is vaporized and injected into a hydrogen vehicle, impurities are removed during the hydrogen liquefaction process, so a separate high purification operation required when using gaseous hydrogen is not necessary. Therefore, the hydrogen supply process using liquefied hydrogen is simplified.

한편, 수소차량(20)이 350 bar에서 700 bar의 압력으로 수소를 수용하는데, 수소 충전소에서 압력 차이를 이용하여 수소를 공급하기 위해서, 700 bar보다 높은 고압 액화수소(예를 들면, 900bar)가 액화수소 저장소(10)에 저장되어야 한다. 액체 수소 펌프가 액화수소 저장소(10)에 고압 액화수소를 공급하는데, 본 개시의 극저온 왕복동 펌프(100A, 100B, 200A, 200B)가 사용될 수 있다.Meanwhile, the hydrogen vehicle 20 receives hydrogen at a pressure of 350 bar to 700 bar, and in order to supply hydrogen using the pressure difference at the hydrogen charging station, high-pressure liquefied hydrogen (e.g., 900 bar) higher than 700 bar is used. It must be stored in the liquefied hydrogen storage (10). The liquid hydrogen pump supplies high-pressure liquid hydrogen to the liquid hydrogen storage 10, and the cryogenic reciprocating pumps 100A, 100B, 200A, and 200B of the present disclosure may be used.

극저온 왕복동 펌프(100A, 100B, 200A, 200B)는 극저온 왕복동 펌프(100)는 액화수소 듀어(Dewar)(300)로부터 상압 액화수소를 공급받고, 900bar의 고압 액화수소를 액화수소 저장소(10)로 배출할 수 있다. 극저온 왕복동 펌프(100)의 입구(inlet)는 액화수소 듀어(300)에 잠겨 있거나, 액화수소 듀어(300)로부터 액화수소를 공급받을 수 있다. The cryogenic reciprocating pumps (100A, 100B, 200A, 200B) receive normal pressure liquefied hydrogen from the liquefied hydrogen Dewar (300) and supply high-pressure liquefied hydrogen of 900 bar to the liquefied hydrogen storage (10). can be discharged. The inlet of the cryogenic reciprocating pump 100 may be immersed in the liquid hydrogen dewar 300 or may receive liquid hydrogen from the liquid hydrogen dewar 300.

수소 충전소 이외에도, 극저온 왕복동 펌프(100A, 100B, 200A, 200B)는 극저온 액체 운송에 사용될 수 있고, 극저온 액체를 고지대로 운송할 수 있다.In addition to hydrogen refueling stations, cryogenic reciprocating pumps (100A, 100B, 200A, 200B) can be used to transport cryogenic liquids and transport cryogenic liquids to high altitudes.

차세대 대용량 에너지 저장 방식으로 액화 공기 에너지 저장 (Liquid air energy storage, LAES) 시스템에 대한 관심이 많아지고 있다. LAES는 잉여 전력으로 공기 액화 플랜트를 작동하여 공기를 액화시키고, 전기 에너지가 필요할 때 액화된 공기를 고압으로 가압시킨 후 열교환으로 온도를 올리고, 액체에서 기체로 변할 때의 팽창력을 이용하여 터빈을 작동시켜 에너지를 재생산한다. 현재 LAES 시스템은 세계적으로 연구 초기 단계라서 액체를 가압시키는 정도가 정형화되지 않았지만, 이 분야에서 본 개시의 극저온 왕복동 펌프(100A, 100B, 200A, 200B)가 사용될 수 있다.There is increasing interest in the liquid air energy storage (LAES) system as a next-generation large-capacity energy storage method. LAES operates an air liquefaction plant with surplus power to liquefy air, pressurizes the liquefied air to high pressure when electrical energy is needed, raises the temperature through heat exchange, and operates a turbine using the expansion force when changing from liquid to gas. to reproduce energy. Currently, the LAES system is in the early stages of research worldwide, so the degree of pressurizing the liquid is not standardized, but the cryogenic reciprocating pumps (100A, 100B, 200A, 200B) of the present disclosure can be used in this field.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다.The embodiments of the present invention described above are not only implemented through devices and methods, but can also be implemented through programs that implement functions corresponding to the configurations of the embodiments of the present invention or recording media on which the programs are recorded.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements made by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also possible. It falls within the scope of rights.

Claims (15)

극저온 왕복동 펌프로서,
내부에 공간이 형성되고, 아래쪽에 외부에서 액체가 유입되는 입구(inlet)가 형성되며, 윗쪽에 목표 압력까지 가압된 액체가 배출되는 출구(outlet)가 형성된 챔버,
상기 챔버의 내부를 챔버 상단과 챔버 하단으로 분리하고 상하 움직이는 피스톤,
상기 피스톤에 연결되고, 위로 당기는 장력과 아래로 누르는 응력에 따라 상기 피스톤을 상하 이동시키는 막대, 그리고
양단의 압력 차이에 따라 개폐되어 상기 입구에서 상기 출구 방향으로 액체 흐름을 형성하는 복수의 체크밸브들을 포함하고,
상기 막대가 위로 당기는 장력에 의해 올라가는 동안, 상기 챔버 상단의 액체가 상기 피스톤에 의해 상기 목표 압력까지 가압되는, 극저온 왕복동 펌프.
As a cryogenic reciprocating pump,
A chamber with a space formed inside, an inlet formed at the bottom through which liquid flows in from the outside, and an outlet formed at the top through which liquid pressurized to the target pressure is discharged,
A piston that divides the interior of the chamber into the upper chamber and the lower chamber and moves up and down,
A rod connected to the piston and moving the piston up and down depending on the upward tension and downward pressure, and
It includes a plurality of check valves that open and close according to the pressure difference between both ends to form a liquid flow from the inlet to the outlet,
A cryogenic reciprocating pump, wherein the liquid at the top of the chamber is pressurized by the piston to the target pressure while the rod is raised by upward pulling tension.
제1항에서,
상기 막대가 위로 당기는 장력에 의해 올라가는 동안, 상기 입구에 배치된 제1 체크밸브를 통해 외부 액체가 상기 챔버 하단으로 유입되고, 상기 출구에 배치된 제2 체크밸브를 통해 상기 목표 압력까지 가압된 액체가 배출되는, 극저온 왕복동 펌프.
In paragraph 1:
While the rod is raised by upward pulling tension, external liquid flows into the bottom of the chamber through a first check valve disposed at the inlet, and liquid pressurized to the target pressure through a second check valve disposed at the outlet. A cryogenic reciprocating pump that discharges
제1항에서,
상기 막대가 아래로 누르는 응력에 의해 내려가는 동안, 제3 체크밸브를 통해 상기 챔버 하단에서 과냉된 액체가 상기 챔버 상단으로 이동하는, 극저온 왕복동 펌프.
In paragraph 1:
A cryogenic reciprocating pump in which subcooled liquid from the bottom of the chamber moves to the top of the chamber through a third check valve while the rod is lowered by downward pressure.
제3항에서,
상기 피스톤의 내부에 상기 챔버 하단에서 상기 챔버 하단으로의 내부 유로가 형성되고, 상기 내부 유로에 배치된 상기 제3 체크밸브가 열리면 상기 챔버 하단의 액체가 상기 피스톤을 관통해서 상기 챔버 상단으로 유입되는, 극저온 왕복동 펌프.
In paragraph 3,
An internal flow path from the bottom of the chamber to the bottom of the chamber is formed inside the piston, and when the third check valve disposed in the internal flow path is opened, liquid at the bottom of the chamber passes through the piston and flows into the top of the chamber. , cryogenic reciprocating pump.
제4항에서,
상기 피스톤에 형성된 상기 내부 유로는 상기 챔버 하단 방향으로 튀어나오는 구조로 형성되는, 극저온 왕복동 펌프.
In paragraph 4,
The internal flow path formed in the piston is formed in a structure that protrudes toward the bottom of the chamber.
제1항에서,
상기 챔버 하단의 압력이 기준 압력을 초과하는 경우 열리는 백업 릴리프 밸브를 더 포함하고,
열린 상기 백업 릴리프 밸브를 통해 상기 챔버 하단의 액체 및/또는 기체가 외부로 배출되는, 극저온 왕복동 펌프.
In paragraph 1:
Further comprising a backup relief valve that opens when the pressure at the bottom of the chamber exceeds the reference pressure,
A cryogenic reciprocating pump in which liquid and/or gas at the bottom of the chamber is discharged to the outside through the open backup relief valve.
제6항에서,
상기 백업 릴리프 밸브의 크래킹 압력(cracking pressure)은 상기 기준 압력으로 설정되는, 극저온 왕복동 펌프.
In paragraph 6:
The cracking pressure of the backup relief valve is set to the reference pressure.
제6항에서,
상기 백업 릴리프 밸브는
상기 피스톤의 하사점(Bottom Dead center)에 배치되는, 극저온 왕복동 펌프.
In paragraph 6:
The backup relief valve is
A cryogenic reciprocating pump disposed at the bottom dead center of the piston.
제1항에서,
상기 입구로 유입되는 액체는 극저온 액화수소인, 극저온 왕복동 펌프.
In paragraph 1:
A cryogenic reciprocating pump in which the liquid flowing into the inlet is cryogenic liquefied hydrogen.
챔버 내 피스톤에 연결된 막대로 아래로 누르는 응력과 위로 당기는 장력이 번갈아 가해지는 상황에서, 상기 응력이 가해지는 동안 챔버 하단에서 과냉된 액체를 챔버 상단으로 이동시키고, 상기 장력이 가해지는 동안 상기 챔버 상단의 액체를 목표 압력까지 가압해서 배출하는, 극저온 왕복동 펌프.In a situation where a downward pressing stress and an upward pulling tension are alternately applied by a rod connected to a piston in the chamber, the supercooled liquid is moved from the bottom of the chamber to the top of the chamber while the stress is applied, and the top of the chamber is moved while the tension is applied. A cryogenic reciprocating pump that pressurizes and discharges liquid to the target pressure. 제10항에서,
상기 응력이 가해지는 동안, 상기 챔버 하단의 압력이 기준 압력을 초과하는 경우, 백업 릴리프 밸브를 통해 상기 챔버 하단의 액체 및/또는 기체가 외부로 배출되는, 극저온 왕복동 펌프.
In paragraph 10:
While the stress is applied, if the pressure at the bottom of the chamber exceeds the reference pressure, the liquid and/or gas at the bottom of the chamber is discharged to the outside through a backup relief valve.
제10항에서,
상기 장력이 가해지는 동안, 외부에서 상기 챔버 하단으로 액체가 유입되고, 유입된 액체가 과냉되는, 극저온 왕복동 펌프.
In paragraph 10:
A cryogenic reciprocating pump in which liquid flows into the bottom of the chamber from the outside while the tension is applied, and the introduced liquid is supercooled.
극저온 왕복동 펌프의 동작 방법으로서,
챔버 내 피스톤에 연결된 막대를 아래로 누르는 응력이 가해지는 동안, 챔버 하단에서 과냉된 액체를 챔버 상단으로 이동시키는 단계, 그리고
상기 막대를 위로 당기는 장력이 가해지는 동안, 상기 챔버 상단의 액체를 목표 압력까지 가압해서 배출하는 단계
를 포함하는 동작 방법.
As a method of operating a cryogenic reciprocating pump,
moving the subcooled liquid from the bottom of the chamber to the top of the chamber while a stress is applied to press down on a rod connected to a piston in the chamber, and
Pressurizing and discharging the liquid at the top of the chamber to a target pressure while tension is applied to pull the rod upward.
An operation method comprising:
제13항에서,
상기 응력이 가해지는 동안, 상기 챔버 하단의 압력이 기준 압력을 초과하는 경우, 백업 릴리프 밸브를 통해 상기 챔버 하단의 액체 및/또는 기체를 외부로 배출시키는 단계
를 더 포함하는, 동작 방법.
In paragraph 13:
While the stress is applied, if the pressure at the bottom of the chamber exceeds the reference pressure, discharging the liquid and/or gas at the bottom of the chamber to the outside through a backup relief valve.
An operation method further comprising:
제13항에서,
상기 장력이 가해지는 동안, 외부에서 상기 챔버 하단으로 액체를 유입시키고, 유입된 액체를 과냉시키는 단계
를 더 포함하는, 동작 방법.
In paragraph 13:
While the tension is applied, introducing liquid into the bottom of the chamber from the outside and supercooling the introduced liquid.
An operation method further comprising:
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