KR20230172025A

KR20230172025A - 축압기

Info

Publication number: KR20230172025A
Application number: KR1020237039883A
Authority: KR
Inventors: 도시오 다카노; 히로시 오카노; 슈사쿠 다카기
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2021-06-10
Filing date: 2022-06-09
Publication date: 2023-12-21
Also published as: JP2022189779A; CL2023003569A1; AU2022290088A1; CN117413140A; US20240271760A1; EP4354011A4; EP4354011A1; WO2022260114A1

Abstract

축압기는 내부의 저장 공간에서 액화 가스를 기화시켜 저장시키는 금속제의 통체와, 배관을 관통시키는 관통구멍이 형성되고, 해당 관통구멍에 통과한 배관을 고정시키는 동시에, 통체의 내주면과의 사이에, 해당 통체의 저장 공간과 통하는 간극을 마련한 상태에서 통체의 개구 단부를 막는 덮개체와, 덮개체의 외주부와 통체의 내주부 사이에 마련되고, 간극의 적어도 일부를 메우는 시일 구조부와, 통체의 개구 단부에 마련되고, 외주면이 통체의 내주면에 나사 체결되어 있고, 덮개체를 외측으로부터 지지하여 고정시키는 고정 부재를 갖고 있다.

Description

축압기

본 발명은 기화시킨 액화 가스를 저장하는 축압기에 관한 것이다.

종래, 기화시킨 액화 가스를 내부에서 저장시키는 축압기는 각종 알려져 있으며, 이미 실용에 제공되고 있다. 일반적으로, 액체 수소 롤리로 운반되어 저장조에 저장된 액화 수소는 기화기에서 기화시키고, 압축기에서 압축시켜 고압으로 한 후에, 배관을 통해 축압기의 내부에 주입된다. 예를 들면, 하기 특허문헌 1에 개시된 수소 가스 축압기에서는 기화시킨 액화 가스를 내부에 저장하는 강제의 원통 실린더부와, 원통 실린더부의 양단부를 개폐 가능하게 밀폐하는 덮개부와, 덮개부를 원통 실린더부에 고정시키는 스레드부를 가진 구성이다.

특허문헌 1: 일본국 특허공개공보 제2019-82188호

그런데, 극저온의 액화 가스를, 외부로부터 배관을 통해 내부에 주입시키고, 내부에서 기화시켜 축압기에 저장시킴으로써, 기화기를 불필요하게 한 구성으로 하는 것이 고려된다. 그러나, 특허문헌 1에 개시된 바와 같은 수소 가스 축압기에서는 원통 실린더가 예를 들면 -30℃ 정도밖에 견딜 수 없는 것에 반해, 액체 수소의 온도가 -260℃ 정도이기 때문에, 배관을 흐르는 극저온의 액체 수소에 의한 열전도에 의해서 덮개부가 저온으로 되고, 덮개부로부터 열전도된 원통 실린더가 저온으로 되는 것에 의해서, 해당 원통 링이 취성 파괴를 일으킬 우려가 있다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 극저온의 액화 가스를 외부로부터 배관을 통해 내부에 주입시켜도, 통체가 취성 파괴를 일으키는 일이 없고, 액화 가스를 기화시켜 저장시킬 수 있는 축압기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 축압기는 극저온의 액화 가스를, 외부로부터 배관을 통해 내부에 주입시키는 것에 의해서 기화시켜 저장하는 축압기로서, 내부의 저장 공간에서 액화 가스를 기화시켜 저장시키는 금속제의 통체와, 상기 배관을 관통시키는 관통구멍이 형성되고, 해당 관통구멍에 통과한 상기 배관을 고정시키는 동시에, 상기 통체의 내주면과의 사이에, 해당 통체의 저장 공간과 통하는 간극을 마련한 상태에서 상기 통체의 개구 단부를 막는 덮개체와, 상기 덮개체의 외주부와 상기 통체의 내주부 사이에 마련되고, 상기 간극의 적어도 일부를 메우는 시일 구조부와, 상기 통체의 개구 단부에 마련되고, 외주면이 상기 통체의 내주면에 나사 체결되어 있고, 상기 덮개체를 외측으로부터 지지하여 고정시키는 고정 부재를 갖고 있는 것이다.

본 발명에 따르면, 덮개의 외주부와 통체의 내주부 사이에 간극이 마련되고, 그 간극의 적어도 일부를 시일 구조부로 메우고 있으므로, 해당 간극이 단열층으로서 기능하여, 덮개에서 통체로의 열전도를 억제할 수 있으며, 통체의 취성 파괴를 억제할 수 있다. 따라서, 극저온의 액화 가스를 외부로부터 배관을 통해 내부에 주입시키는 것에 의해서 기화시켜 저장시키는 것이 가능하게 된다.

도 1은 실시형태 1에 관한 축압기로서, 일단측의 내부 구조를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 실시형태 1에 관한 축압기의 변형예로서, 일단측의 내부 구조를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 실시형태 2에 관한 축압기로서, 일단측의 내부 구조를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 실시형태 2에 관한 축압기의 변형예로서, 일단측의 내부 구조를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는 실시형태 3에 관한 축압기로서, 일단측의 내부 구조를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 6은 실시형태 3에 관한 축압기로서, 외측 덮개의 단면을 모식적으로 나타낸 설명도이다.

이하, 도면을 참조하여, 실시형태에 대해 설명한다. 또한, 각 도면 중, 동일 또는 상당하는 부분에는 동일 부호를 붙이고, 그 설명을 적절히 생략 또는 간략화한다. 또, 각 도면에 기재된 구성에 대해, 그 형상, 크기 및 배치는 본 발명의 범위내에서 적절히 변경할 수 있다.

실시형태 1.

도 1은 실시형태 1에 관한 축압기로서, 일단측의 내부 구조를 모식적으로 나타낸 단면도이다. 본 실시형태 1에 관한 축압기(100)는 극저온의 액화 가스를, 외부로부터 배관(200)을 통해 내부에 주입시키는 것에 의해서 기화시켜 저장하는 것이다. 본 실시형태 1에서는 액체 가스의 일예로서 액화 수소인 경우를 예로 설명한다. 극저온의 액화 수소는 예를 들면 -260℃ 정도이다. 또한, 액체 가스는 액화 수소 이외에, 예를 들면 액체 질소, 액체 헬륨 등이어도 좋다. 축압기(100)는 액체 가스가 액화 수소인 경우, 예를 들면 차량 등에 수소를 공급하는 수소 스테이션 등에 설치된다.

(축압기(100))

도 1에 나타내는 바와 같이, 축압기(100)는 금속제의 통체(1)와, 통체(1)의 개구 단부를 막는 덮개체(2)와, 덮개체(2)의 외주부와 통체(1)의 내주부 사이에 마련된 시일 구조부(3)와, 덮개체(2)를 외측으로부터 지지하여 고정시키는 고정 부재(4)와, 온도 검출 수단(5)을 갖고 있다.

(통체(1))

통체(1)는 내부의 저장 공간(10)에서 액화 수소를 기화시켜 수소 가스를 저장시키는 것이다. 축압기(100)의 내벽면은 액화 수소 및 수소 가스에 닿는 부분이다. 통체(1)의 저장 공간(10)에는 외부로부터 배관(200)을 통해 극저온의 액화 가스가 주입된다. 배관(200)은 예를 들면 오스테나이트계 스테인리스강으로 형성되어 있다. 오스테나이트계 스테인리스강은 액체 수소에 대한 취성이 우수하고, 또한 극저온에 대해 강도를 확보할 수 있기 때문이다. 통체(1)의 저장 공간(10)에 저장된 수소 가스는 외부에 통하는 배관을 통해, 차량 등에 공급된다.

통체(1)는 예를 들면 저합금강으로 형성되어 있다. 저합금강은 예를 들면, 크롬 몰리브덴강, 니켈 크롬 몰리브덴강, 망간 크롬강, 망간강, 또는 붕소 첨가강이다. 통체(1)는 양단이 개구된 원통 형상이며, 양단부의 내주면에 암나사부(11)가 형성되어 있다. 또한, 통체(1)는 예를 들면 일단만이 개구된 바닥을 갖는 통형상이어도 좋다. 또, 통체(1)는 원통 형상에 한정되지 않으며, 각통 형상 등 그 밖의 형상이어도 좋다. 또, 통체(1)의 외면은 금속 이외의 재료로서, CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)로 덮여 있어도 좋다. 또한, 기화 효율의 관점에 있어서, CFRP층과 통체(1)의 두께 비(CFRP층의 두께/통체(1)의 두께)는 50%이하가 바람직하고, 25%이하가 더욱 바람직하다. CFRP층이 너무 두꺼우면, 단열 효과가 현재화(懸在化)되고 액화 수소의 기화 효율이 저하하기 때문이다.

(덮개체(2))

덮개체(2)는 통체(1)의 개구 단부를 막는 것이다. 덮개체(2)는 오스테나이트계 스테인리스강으로 형성되고, 통체(1)의 저장 공간(10)측에 배치된 내측 덮개체(20)와, 저합금강으로 형성되고, 통체(1)의 고정 부재(4)측에 배치된 외측 덮개체(21)를 갖고 있다. 내측 덮개체(20)에는 배관(200)을 관통시키는 관통구멍(20a)이 형성되고, 해당 관통구멍(20a)을 통과한 배관(200)이 고정되어 있다. 외측 덮개체(21)에는 배관(200)을 관통시키는 관통구멍(21a)이 형성되어 있다.

내측 덮개체(20)는 통체(1)의 저장 공간(10)에 면하고 있으며, 항상 극저온의 액체 수소에 노출된 상태에 있지만, 오스테나이트계 스테인리스강으로 형성되어 있으므로, 액체 수소에 대한 취성이 우수하고, 또한 극저온에 대해 강도를 확보할 수 있다. 또한, 내측 덮개체(20)는 액체 수소에 대한 취성이 우수하고, 극저온에 견딜 수 있으면, 다른 재질이라도 좋다. 내측 덮개체(20)는 일예로서 통체(1)의 관축 방향 X에 있어서의 길이가 30㎜ 정도이다. 액체 수소에 대한 강도로서, 30㎜ 정도의 길이가 있으면 충분하기 때문이다. 단, 내측 덮개체(20)의 길이는 30㎜ 정도에 한정되지 않으며, 통체(1)의 크기 및 형상에 따라 적절히 변경하여 설계되는 것으로 한다.

또, 내측 덮개체(20)는 관통구멍(20a)을 통과한 배관(200)을 나사 체결에 의해서 고정시키는 나사 체결부(22)를 갖고 있다. 구체적으로는 내측 덮개체(20)의 관통구멍(20a)의 내주부에 암나사가 형성되고, 배관(200)의 외주부에 내측 덮개체(20)의 암나사에 체결하는 수나사가 형성된 구성이다. 내측 덮개체(20)와 배관(200)을 나사 체결시키는 것에 의해, 통체(1)의 저장 공간(10)에 저장한 수소 가스의 내압에 대해, 배관(200)을 확실하게 고정시킬 수 있다.

내측 덮개체(20)의 내주부와 배관(200)의 외주부 사이에는 시일 부재(6)가 마련되어 있다. 통체(1)의 저장 공간(10)에 저장한 수소 가스가 내측 덮개체(20)의 내주부와 배관(200)의 외주부 사이를 통해 외부에 누출되는 사태를 방지하기 위함이다. 시일 부재(6)는 일예로서 O링이다. 단, 시일 부재(6)는 O링에 한정되지 않으며, 통체(1)의 저장 공간(10)에 저장한 수소 가스가 내측 덮개체(20)의 내주부와 배관(200)의 외주부를 통해 누출되는 사태를 방지할 수 있으면, 다른 부재라도 좋다.

내측 덮개체(20)는 통체(1)의 내주면과의 사이에, 해당 통체(1)의 저장 공간(10)과 통하는 간극 S를 마련한 상태에서 통체(1)의 개구 단부에 끼워넣어져 있다. 간극 S는 예를 들면 0.5㎜ 정도로 되며, 통체(1)의 관축 방향 X를 따라 마련되어 있다. 간극 S를 단열층으로서 기능시킴으로써, 극저온의 액체 수소가 통과하는 배관(200)으로부터 열전도되어 저온으로 된 내측 덮개체(20)에 의해서, 통체(1)가 온도 저하하는 사태를 억제할 수 있다. 또, 간극 S를 마련함으로써, 내측 덮개체(20)를 통체(1)의 개구 단부에 끼워넣을 수 있다.

외측 덮개체(21)는 통체(1)의 내부의 수소 가스의 내압에 대한 강도를 높이기 위해 마련되어 있다. 관축 방향 X의 길이가 30㎜ 정도의 내측 덮개체(20)만으로는 수소 가스의 내압에 대한 강도가 불충분하게 되는 경우가 있기 때문이다. 외측 덮개체(21)는 예를 들면 크롬 몰리브덴강, 니켈 크롬 몰리브덴강, 망간 크롬강, 망간강, 또는 붕소 첨가강 등의 저합금강으로 형성되어 있다. 저합금강은 오스테나이트계 스테인리스강보다 저가이기 때문에, 제조 코스트의 삭감에 기여할 수 있다. 또한, 외측 덮개체(21)는 저합금강에 한정되지 않으며, 통체(1)의 저장 공간(10)에 저장한 수소 가스의 내압에 대한 강도를 높일 수 있으면, 다른 재질로 형성해도 좋다.

내측 덮개체(20)와 외측 덮개체(21) 사이에는 단열 부재(7)가 마련되어 있다. 내측 덮개체(20)에서 외측 덮개체(21)에 열전도시키지 않도록 하기 위함이다. 또, 외측 덮개체(21)와 배관(200) 사이에도 단열 부재(8)가 마련되어 있다. 극저온의 액체 수소가 통과하는 배관(200)의 극저온을 외측 덮개체(21)에 열전도시키지 않도록 하기 위함이다. 저합금강의 외측 덮개체(21)는 극저온이 열전도되어 온도가 저하하면, 취성적인 파괴를 일으킬 우려가 있기 때문이다. 또한, 단열 부재(7 및 8)의 재질은 일예로서 세라믹이다.

(시일 구조부(3))

시일 구조부(3)는 내측 덮개체(20)의 외주부와 통체(1)의 내주부 사이에 마련되고, 간극 S의 적어도 일부를 메우는 것이다. 시일 구조부(3)는 일예로서 O링 등의 수지제 또는 금속제의 시일재이다. 시일 구조부(3)를 마련하는 것에 의해, 통체(1)의 저장 공간(10)에 저장한 수소 가스가, 간극 S를 통해 외부에 누출되는 사태를 방지할 수 있다. 또한, 간극 S의 적어도 일부를 메우는 것은 간극 S의 전부를 메워도 좋고, 간극 S의 일부를 메워도 좋은 것을 의미한다. 또, 간극 S의 일부는 도시한 바와 같이, 통체(1)의 저장 공간(10)측의 단부인 것이 바람직하지만 예를 들면 외측 덮개체(21)측의 단부라도 좋고, 중간 부분이라도 좋다. 또, 시일 구조부(3)는 O링에 한정되지 않으며, 통체(1)의 저장 공간(10)에 저장한 수소 가스가 내측 덮개체(20)의 외주부와 통체(1)의 내주부 사이의 간극 S에 흐르지 않도록 할 수 있으면, 다른 부재라도 좋다. 예를 들면, 금속과 수지의 조합에 의해서 시일할 수 있는 메탈 중공 O링 등의 부재라도 좋다. 또한, 수지제의 O링을 이용하는 경우에는 내한 한계 온도가 -30℃이하의 것이 바람직하고, -50℃이하의 것이 더욱 바람직하다.

(고정 부재(4))

고정 부재(4)는 통체(1)의 개구 단부에 마련되고, 외주면이 통체(1)의 내주면에 나사 체결되어 있으며, 덮개체(2)를 저장 공간(10)의 외측으로부터 지지하여 고정시키는 것이다. 구체적으로는 고정 부재(4)는 외주면에 통체(1)의 암나사부(11)에 나사 체결하는 수나사부가 형성된 그랜드 너트이다. 고정 부재(4)는 통체(1)에 나사 체결됨으로써, 관축 방향 X의 위치가 고정된다. 고정 부재(4)는 저장 공간(10)에 저장된 고압 수소 가스에 의한 관축 방향 X의 축력이 작용한 덮개체(2)에 대해, 한쪽의 단면이 외측 덮개체(21)의 외면에 인접하는 것에 의해 덮개체(2)를 지지할 수 있다. 고정 부재(4)의 중공 구멍에는 배관(200)을 통과시키고 있다. 고정 부재(4)는 직경 방향에 있어서의 두께를 임의로 정할 수 있다. 단, 고정 부재(4)는 내측 덮개체(20)가 받는 압력을 지지하는 구조이기 때문에, 직경 방향에 있어서의 두께가 너무 얇으면, 덮개체(2)를 충분히 지지할 수 없다. 그 때문에, 고정 부재(4)의 직경 방향에 있어서의 두께는 내측 덮개체(20)가 압력을 받는 면적에 대해, 40%이상을 지지할 수 있는 면적을 확보할 수 있는 두께로 하는 것이 바람직하고, 60%이상을 지지할 수 있는 면적을 확보할 수 있는 두께로 하는 것이 더욱 바람직하다. 일예로서, 내측 덮개체(20)의 직경을 300㎜로 하면, 압력을 받는 내측 덮개체(20)의 면적은 70650㎟로 된다. 또한, 내측 덮개체(20)의 상기 면적은 배관(200)이 관통하는 부분을 포함시켜 계산하고 있지만, 실제로는 배관(200)이 관통하는 부분을 제외하고 계산하는 것이 바람직하다. 한편, 고정 부재(4)의 두께를 50㎜로 하면, 고정 부재(4)로 지지하는 면적은 39250㎟로 된다. 이 경우, 고정 부재(4)는 내측 덮개체(20)가 압력을 받는 면적에 대해, 56%를 지지할 수 있는 면적을 확보할 수 있게 된다.

(온도 검출 수단(5))

온도 검출 수단(5)은 예를 들면 열전쌍이며, 통체(1)의 저장 공간(10)에 저장된 수소 가스의 온도 또는 내측 덮개체(20)의 온도를 검출하는 것이다. 본 실시형태 1에 관한 축압기(100)에서는 온도 검출 수단(5)을 이용하여, 통체(1)의 내부에 저장한 수소 가스의 온도 또는 내측 덮개체(20)의 온도를 감시하고 있다. 축압기(100)에서는 온도 검출 수단(5)의 검출값에 의거하여, 배관(200)으로부터 주입되는 액체 수소의 조건이 결정된다. 액체 수소의 조건은 유량, 유속, 주입 시간 등이다. 축압기(100)는 제어부를 구비하고 있고, 그 제어부가 온도 검출 수단(5)의 검출값에 의거하여 액체 수소의 조건을 결정하고, 배관(200)을 통과하는 액화 수소의 유량 등을 조정하는 구성으로 되어 있다. 또한, 축압기(100)는 온도 검출 수단(5)을 마련하는 것이 바람직하지만, 반드시 마련할 필요는 없으며, 생략해도 좋다.

도 2는 실시형태 1에 관한 축압기의 변형예로서, 일단측의 내부 구조를 모식적으로 나타낸 단면도이다. 도 1에 나타낸 축압기(100)는 내측 덮개체(20)가 관통구멍(20a)에 통과한 배관(200)을 나사 체결에 의해서 고정시키는 나사 체결부(22)를 갖고 있는 것에 대해, 도 2에 나타낸 축압기(100A)에서는 내측 덮개체(20)가 관통구멍(20a)에 통과한 배관(200)을 용접에 의해서 고정시키는 용접 고정부(23)를 가진 구성이다. 용접 고정부(23)는 관축 방향 X를 따라 전체에 마련해도 좋고, 일부에만 마련해도 좋다. 이 경우, 내측 덮개체(20)의 내주부와 배관(200)의 외주부가 완전히 막히기 때문에, 도 1에 나타낸 시일 부재(6)는 불필요하게 된다.

그런데, 극저온의 액화 가스를, 외부로부터 배관(200)을 통해 내부에 주입시키고, 내부에서 기화시켜 축압기(100)에 저장시킴으로써, 기화기를 불필요하게 한 구성으로 하는 것이 고려된다. 그러나, 통체(1)가 예를 들면 -30℃정도밖에 견딜 수 없는 것에 반해, 액체 수소의 온도가 예를 들면 -260℃ 정도이기 때문에, 액체 수소를 축압기(100)에 주입해 버리면, 배관(200)을 흐르는 극저온의 액체 수소에 의한 열전도에 의해서 덮개체(2)가 저온으로 되고, 덮개체(2)로부터 열전도된 통체(1)가 저온으로 되는 것에 의해서, 해당 통체(1)가 취성 파괴를 일으킬 우려가 있다.

그래서, 상기한 바와 같이, 본 실시형태 1에 관한 축압기(100)에서는 내부의 저장 공간(10)에서 액화 가스를 기화시켜 저장시키는 금속제의 통체(1)와, 배관(200)을 관통시키는 관통구멍(20a 및 21a)이 형성되고, 해당 관통구멍(20a 및 21a)에 통과한 배관(200)을 고정시키는 동시에, 통체(1)의 내주면과의 사이에, 해당 통체(1)의 저장 공간(10)과 통하는 간극 S가 형성된 상태에서 통체(1)의 개구 단부를 막는 덮개체(2)를 갖고 있다. 또, 덮개체(2)의 외주부와 통체(1)의 내주부 사이에 마련되고, 간극 S의 적어도 일부를 메우는 시일 구조부(3)와, 통체(1)의 개구 단부에 마련되고, 외주면이 통체(1)의 내주면에 나사 체결되어 있고, 덮개체(2)를 외측으로부터 지지하고 고정시키는 고정 부재(4)를 갖고 있다.

이와 같이, 본 실시형태 1에 관한 축압기(100)는 덮개체(2)의 외주부와 통체(1)의 내주부 사이에 간극 S가 마련되고, 그 간극 S의 적어도 일부를 시일 구조부(3)로 메우고 있으므로, 해당 간극 S가 단열층으로서 기능하여, 덮개체(2)에서 통체(1)로의 열전도를 억제할 수 있다. 즉, 극저온의 액체 수소가 통과하는 배관(200)으로부터 열전도되어 저온으로 된 덮개체(2)에 의해서 통체(1)가 온도 저하하는 사태를 억제할 수 있으며, 통체(1)의 취성 파괴를 억제할 수 있다. 따라서, 본 실시형태 1에 관한 축압기(100)는 극저온의 액화 가스를 외부로부터 배관(200)을 통해 내부에 주입시키는 것에 의해서 기화시켜 저장시킬 수 있다.

또, 덮개체(2)는 관통구멍(20a 및 21a)에 통과한 배관(200)을 나사 체결에 의해서 고정시키는 나사 체결부(22)를 갖고 있다. 덮개체(2)의 내주부와 배관(200)의 외주부 사이에는 그 사이를 막는 시일 부재(6)가 마련되어 있다. 따라서, 통체(1)의 저장 공간(10)에 저장된 수소 가스의 내압에 대해, 배관(200)을 확실하게 고정시킬 수 있다. 또, 통체(1)의 저장 공간(10)에 저장된 수소 가스가 내측 덮개체(20)의 내주부와 배관(200)의 외주부를 통해 외부에 누출되는 사태를 방지할 수 있다.

덮개체(2)는 오스테나이트계 스테인리스강으로 형성되고, 통체(1)의 저장 공간(10)측에 배치된 내측 덮개체(20)와, 저합금강으로 형성되고, 고정 부재(4)측에 배치된 외측 덮개체(21)를 갖고 있다. 따라서, 내측 덮개체(20)는 통체(1)의 저장 공간(10)에 면하고 있고, 항상 극저온의 액체 수소에 노출된 상태에 있지만, 오스테나이트계 스테인리스강으로 형성되어 있으므로, 액체 수소에 대한 취성이 우수하고, 또한 극저온에 대해 강도를 확보할 수 있다. 또, 외측 덮개체(21)에 의해서, 통체(1)의 내부의 수소 가스의 내압에 대한 강도를 높일 수 있고, 또한 오스테나이트계 스테인리스강보다 저비용의 저합금강을 사용함으로써, 제조 코스트의 삭감에 기여할 수 있다.

내측 덮개체(20)와 외측 덮개체(21) 사이, 및 외측 덮개체(21)와 배관(200) 사이에는 각각 단열 부재(7 및 8)가 마련되어 있다. 따라서, 내측 덮개체(20)에서 외측 덮개체(21)로의 열전도를 방지할 수 있고, 또 극저온의 액체 수소가 통과하는 배관(200)의 극저온이 외측 덮개체(21)에 열전도하는 사태를 방지할 수 있으므로, 온도 저하에 기인하는 외측 덮개체(21)의 취성적인 손상을 방지할 수 있다.

본 실시형태 1에 관한 축압기(100 및 100A)는 통체(1)의 저장 공간(10)에 저장한 기화시킨 액화 가스의 온도, 또는 덮개체(2)의 온도를 검출하는 온도 검출 수단(5)을 갖고 있다. 따라서, 본 실시형태 1에 관한 축압기(100 및 100A)에서는 온도 검출 수단(5)를 이용하여, 통체(1)의 내부에 저장된 수소 가스의 온도 또는 내측 덮개체(20)의 온도를 감시할 수 있고, 온도 검출 수단(5)의 검출값에 의거하여, 배관(200)으로부터 주입되는 액체 수소의 조건을 결정할 수 있다.

실시형태 2.

다음에, 본 실시형태 2에 관한 축압기(101)를 도 3에 의거하여 설명한다. 도 3은 실시형태 2에 관한 축압기로서, 일단측의 내부 구조를 모식적으로 나타낸 단면도이다. 또한, 실시형태 1에서 설명한 축압기(100)와 동일한 구성요소에 대해서는 동일의 부호를 붙이고, 그 설명을 적절히 생략한다.

(덮개체(2))

본 실시형태 2에 관한 축압기(101)는 덮개체(2)의 구성이 상기 실시형태 1에서 설명한 축압기(100)와 다르다. 본 실시형태 2에 관한 축압기(101)의 덮개체(2)는 오스테나이트계 스테인리스강만으로 형성되어 있다.

덮개체(2)는 관통구멍(2a)에 통과한 배관(200)을 나사 체결에 의해서 고정시키는 나사 체결부(22)를 갖고 있다. 구체적으로는 덮개체(2)의 관통구멍(2a)의 내주부에 암나사가 형성되고, 배관(200)의 외주부에 덮개체(2)의 나사에 체결하는 수나사가 형성된 구성이다. 덮개체(2)와 배관(200)과 나사 체결시키는 나사 체결부(22)를 갖는 것에 의해, 통체(1)의 저장 공간(10)에 저장한 수소 가스의 내압에 대해, 배관(200)을 확실하게 고정시킬 수 있다.

덮개체(2)의 내주부와 배관(200)의 외주부 사이에는 그 사이를 막는 시일 부재(6)가 마련되어 있다. 통체(1)의 저장 공간(10)에 저장한 수소 가스가 덮개체(2)의 내주부와 배관(200)의 외주부의 간극을 통해 외부에 누출되는 사태를 방지하기 위함이다. 시일 부재(6)는 일례로서 O링이다. 단, 시일 부재(6)는 O링에 한정되지 않으며, 통체(1)의 저장 공간(10)에 저장된 수소 가스가 덮개체(2)의 내주부와 배관(200)의 외주부 사이의 간극을 통해 누출되는 사태를 방지할 수 있으면, 다른 부재라도 좋다.

덮개체(2)와 고정 부재(4) 사이에는 단열 부재(9)가 마련되어 있다. 덮개체(2)로부터 고정 부재(4)에 열전도시키지 않도록 하기 위함이다. 고정 부재(4)는 극저온이 열전도되어 온도가 저하하면, 취성적인 파괴를 일으킬 우려가 있기 때문이다. 또한, 단열 부재(9)의 재질은 일예로서 세라믹이다. 단, 덮개체(2)의 관축 방향에 있어서의 길이가 길고, 덮개체(2)로부터 고정 부재(4)에 열전도하는 우려가 없는 경우에는 단열 부재(9)를 생략해도 좋다.

도 4는 실시형태 2에 관한 축압기의 변형예로서, 일단측의 내부 구조를 모식적으로 나타낸 단면도이다. 도 3에 나타낸 축압기(101)는 덮개체(2)가 관통구멍(2a)에 통과한 배관(200)을 나사 체결에 의해서 고정시키는 나사 체결부(22)를 갖고 있는 것에 대해, 도 4에 나타낸 축압기(101A)에서는 덮개체(2)가 관통구멍(2a)에 통과한 배관(200)을 용접에 의해서 고정시키는 용접 고정부(23)를 가진 구성이다. 용접 고정부(23)는 관축 방향 X를 따른 전체에 마련해도 좋고, 일부에만 마련해도 좋다. 이 경우, 덮개체(2)의 내주부와 배관(200)의 외주부 사이가 완전히 막히기 때문에, 도 3에 나타낸 시일 부재(6)는 불필요하게 된다.

이상과 같이, 본 실시형태 2에 관한 축압기(101 및 101A)에 있어서도, 덮개체(2)의 외주부와 통체(1)의 내주부 사이에 간극 S가 마련되고, 그 간극 S의 적어도 일부를 시일 구조부(3)로 메우고 있으므로, 해당 간극 S가 단열층으로서 기능하고, 덮개체(2)에서 통체(1)로의 열전도를 억제할 수 있다. 즉, 극저온의 액체 수소가 통과하는 배관(200)으로부터 열전도되어 저온으로 된 덮개체(2)에 의해서 통체(1)가 온도 저하하는 사태를 억제할 수 있다. 따라서, 본 실시형태 2에 관한 축압기(101)는 극저온의 액화 가스를, 외부로부터 배관(200)을 통해 내부에 주입시키는 것에 의해서 기화시켜 저장시킬 수 있다.

덮개체(2)는 오스테나이트계 스테인리스강으로 형성되어 있다. 따라서, 덮개체(2)는 통체(1)의 저장 공간(10)에 면하고 있고, 항상 극저온의 액체 수소에 노출된 상태에 있지만, 오스테나이트계 스테인리스강으로 형성되어 있으므로, 액체 수소에 대한 취성이 우수하고, 또한 극저온에 대해 강도를 확보할 수 있다.

또, 본 실시형태 2에 관한 축압기(101 및 101A)는 덮개체(2)와 고정 부재(4) 사이에 마련된 단열 부재(9)를 갖고 있다. 따라서, 덮개체(2)에서 고정 부재(4)로의 열전도를 방지할 수 있으므로, 온도 저하에 기인하는 고정 부재(4)의 취성적인 손상을 방지할 수 있다.

실시형태 3.

다음에, 본 실시형태 3에 관한 축압기(102)를 도 5 및 도 6에 의거하여 설명한다. 도 5는 실시형태 3에 관한 축압기로서, 일단측의 내부 구조를 모식적으로 나타낸 단면도이다. 도 6은 실시형태 3에 관한 축압기로서, 외측 덮개의 단면을 모식적으로 나타낸 설명도이다. 또한, 실시형태 1 및 2에서 설명한 축압기(100, 101)와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 적절히 생략한다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태 3에 관한 축압기(102)의 통체(1)에는 해당 통체(1)의 외부와 간극 S를 연통시키고, 통체(1)의 외부로부터 간극 S에 열 교환용의 기체를 주입시키기 위한 제 1 통기 구멍(1a)과, 통체(1)의 외부와 간극 S를 연통시키고, 제 1 통기 구멍(1a)을 통해 간극 S에 주입된 기체를 통체(1)의 외부에 배출시키기 위한 제 2 통기 구멍(1b)을 갖고 있다. 제 1 통기 구멍(1a)에는 기체를 주입시키는 주입관(300)이 접속되어 있다. 또, 제 2 통기 구멍(1b)에는 기체를 배출시키는 배출관(400)이 접속되어 있다. 기체는 예를 들면 불활성인 공기이며, 가능하면 제습된 것이 바람직하다. 또한, 기체는 불활성 가스라도 좋고, 그 밖의 기체라도 좋다. 기체는 예를 들면 컴프레서 등의 동력 장치로 가압됨으로써 간극 S에 주입되고, 간극 S내를 순환하여 통체(1)의 외부에 배출된다. 본 실시형태 3에 관한 축압기(102)에서는 간극 S에 기체를 흘림으로써, 그 기체층이 단열층으로 되고, 덮개체(2)에서 통체(1)로의 열전도를 억제하는 효과를 높일 수 있다. 또, 축압기(102)에서는 통체(1)의 저장 공간(10)에 저장된 수소 가스가 간극 S의 부분에 누출되는 바와 같은 사태가 발생해도, 누촐된 수소 가스를 제 2 통기 구멍(1b)으로부터 배출시킬 수 있다.

또, 덮개체(2)는 오스테나이트계 스테인리스강으로 형성되고, 통체(1)의 저장 공간측에 배치된 내측 덮개체(20)와, 저합금강으로 형성되고, 고정 부재측에 배치된 외측 덮개체(21)를 갖고 있다. 서로 대향하는 내측 덮개체(20)의 단면과 외측 덮개체(21)의 단면 중, 외측 덮개체(21)의 단면에는 통체(1)의 외부로부터 간극 S에 주입된 기체를, 그 단면에 순환시키는 홈부(24)가 형성되어 있다.

도 6에 있어서 굵은선 부분이 홈부(24)를 나타내고 있다. 홈부(24)는 도 6에 나타내는 바와 같이, 복수의 환상 홈부(24a)와, 복수의 환상 홈부(24a)를 연결하는 직선 형상의 연결 홈부(24b)를 갖고 있다. 복수의 환상 홈부(24a)는 도시예의 경우, 관통구멍(21a)의 외주를 둘러싸는 3개의 원으로 구성되어 있다. 3개의 원은 큰 원이 작은 원의 외주를 둘러싸도록 대략 등간격으로 차례로 형성되어 있다. 연결 홈부(24b)는 양단부가 간극 S에 통해 있고, 3개의 원을 연결하도록 직경 방향에 형성되어 있다. 간극 S에 주입된 기체는 연결 홈부(24b)의 일단부로부터 들어가 환상 홈부(24a)에 흐른 후, 해당 연결 홈부(24b)의 타단측으로부터 간극 S에 배출된다. 이와 같이, 통체(1)의 외부로부터 간극 S에 주입된 기체가 홈부(24)를 순환함으로써, 그 기체층이 단열층으로 되고, 내측 덮개체(20)에서 외측 덮개체(21)로의 열전도를 억제하는 효과를 높일 수 있다. 또한, 기체가 드라이 공기이면, 해당 기체가 열 교환시에 저온화되어도, 덮개체(21)의 홈부(24)에 결로 및 동결이 생기는 경우가 없다.

또한, 도시하는 것은 생략했지만, 서로 대향하는 내측 덮개체(20)의 단면과 외측 덮개체(21)의 단면 중, 내측 덮개체(20)의 단면에 홈부(24)를 형성해도 좋다. 또, 서로 대향하는 내측 덮개체(20)의 단면과 외측 덮개체(21)의 단면 중, 쌍방의 단면에 홈부(24)를 형성해도 좋다.

또, 홈부(24)는 도시한 형상에 한정되지 않는다. 예를 들면, 환상 홈부(24a)는 원형에 한정되지 않으며, 직사각형 형상으로 해도 좋고, 그 밖의 형상이어도 좋다. 또, 연결 홈부(24b)는 직선 형상에 한정되지 않으며, 곡선 형상 또는 지그재그 형상이어도 좋고, 그 밖의 형상이어도 좋다. 또, 홈부(24)는 예를 들면 격자형상 또는 소용돌이 형상으로 한 구성이어도 좋고, 그 밖의 형상이어도 좋다. 요컨대, 홈부(24)는 통체(1)의 외부로부터 간극 S에 주입된 기체를 내측 덮개체(20)의 단면 또는 외측 덮개체(21)의 단면에 순환시킬 수 있으면, 어떠한 형상이어도 좋다.

또, 축압기(102)는 서로 대향하는 내측 덮개체(20)의 단면과 외측 덮개체(21)의 단면 중, 어느 한쪽 또는 쌍방의 단면에 홈부(24)를 마련하는 것이 바람직하지만, 반드시 홈부(24)를 마련할 필요는 없으며, 생략해도 좋다.

또, 축압기(102)는 예를 들면 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 덮개체(2)가 오스테나이트계 스테인리스강만으로 형성된 구성에 있어서도 적용할 수 있다. 단, 이 경우, 도 5 및 도 6에 나타낸 홈부(24)는 생략된다.

또, 축압기(102)는 온도 검출 수단(5)의 검출값에 의거하여, 간극 S에 주입되는 기체의 조건을 결정하는 제어를 실행하는 구성으로 해도 좋다. 기체의 조건은 예를 들면 유량, 유속, 주입 시간 등이다. 또한, 축압기(102)는 온도 검출 수단(5)의 검출값에 한정되지 않으며, 다른 검출 수단을 이용하여, 간극 S에 주입되는 기체의 조건을 결정해도 좋다.

이상, 실시형태에 의거하여 축압기(100, 100A, 101, 101A, 102)를 설명했지만, 축압기(100, 100A, 101, 101A, 102)는 상술한 실시형태의 구성에 한정되는 것은 아니다. 상기한 축압기(100, 100A, 101, 101A, 102)의 구성은 일예이며, 다른 구성요소를 포함해도 좋다. 요컨대, 축압기(100, 100A, 101, 101A, 102)는 그 기술적 사상을 이탈하지 않는 범위에 있어서, 당업자가 통상 실행하는 설계 변경 및 응용의 배리에이션의 범위를 포함하는 것이다.

1; 통체 1a; 제 1 통기 구멍
1b; 제 2 통기 구멍 2; 덮개체
2a; 관통구멍 3; 시일 구조부
4; 고정 부재 5; 온도 검출 수단
6; 시일 부재 7, 8, 9; 단열 부재
10; 저장 공간 11; 암나사부
20; 내측 덮개체 20a; 관통구멍
21; 외측 덮개체 21a; 관통구멍
22; 나사 체결부 23; 용접 고정부
24; 홈부 24a; 환상 홈부
24b; 연결 홈부 100, 100A, 101, 101A, 102; 축압기
200; 배관 300; 주입관
400; 배출관 S; 간극

Claims

극저온의 액화 가스를, 외부로부터 배관을 통해 내부에 주입시키는 것에 의해서 기화시켜 저장하는 축압기로서,
내부의 저장 공간에서 액화 가스를 기화시켜 저장시키는 금속제의 통체와,
상기 배관을 관통시키는 관통구멍이 형성되고, 해당 관통구멍에 통과한 상기 배관을 고정시키는 동시에, 상기 통체의 내주면과의 사이에, 해당 통체의 저장 공간과 통하는 간극을 마련한 상태에서 상기 통체의 개구 단부를 막는 덮개체와,
상기 덮개체의 외주부와 상기 통체의 내주부 사이에 마련되고, 상기 간극의 적어도 일부를 메우는 시일 구조부와,
상기 통체의 개구 단부에 마련되고, 외주면이 상기 통체의 내주면에 나사 체결되어 있고, 상기 덮개체를 외측으로부터 지지하여 고정시키는 고정 부재를 갖고 있는 축압기.
제 1 항에 있어서,
상기 덮개체는 상기 관통구멍에 통과한 상기 배관을 나사 체결에 의해서 고정시키는 나사 체결부를 갖고 있고,
상기 덮개체의 내주부와 상기 배관의 외주부 사이에는 그 사이를 막는 시일 부재가 마련되어 있는 축압기.
제 1 항에 있어서,
상기 덮개체는 상기 관통구멍에 통과한 상기 배관을 용접에 의해서 고정시키는 용접 고정부를 갖고 있는 축압기.
제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 덮개체는 오스테나이트계 스테인리스강으로 형성되어 있는 축압기.
제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 덮개체와 상기 고정 부재 사이에 마련된 단열 부재를 더 갖고 있는 축압기.
제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 덮개체는 오스테나이트계 스테인리스강으로 형성되고, 상기 통체의 저장 공간측에 배치된 내측 덮개체와,
저합금강으로 형성되고, 상기 고정 부재측에 배치된 외측 덮개체를 갖고 있는 축압기.
제 6 항에 있어서,
상기 내측 덮개체와 상기 외측 덮개체 사이, 및 상기 외측 덮개체와 상기 배관 사이에는 각각 단열 부재가 마련되어 있는 축압기.
제 1 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 통체의 저장 공간에 저장된 기화시킨 액화 가스의 온도 또는 상기 덮개체의 온도를 검출하는 온도 검출 수단을 더 갖고 있는 축압기.
제 1 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 통체에는 해당 통체의 외부와 상기 간극을 연통시키고, 상기 통체의 외부로부터 상기 간극에 기체를 주입시키기 위한 제 1 통기 구멍과,
상기 통체의 외부와 상기 간극을 연통시키고, 상기 제 1 통기 구멍을 통해 상기 간극에 주입된 기체를 상기 통체의 외부에 배출시키기 위한 제 2 통기 구멍을 갖고 있는 축압기.
제 9 항에 있어서,
상기 덮개체는 오스테나이트계 스테인리스강으로 형성되고, 상기 통체의 저장 공간측에 배치된 내측 덮개체와, 저합금강으로 형성되고, 상기 고정 부재측에 배치된 외측 덮개체를 갖고 있고,
서로 대향하는 상기 내측 덮개체의 단면과 상기 외측 덮개체의 단면 중, 어느 한쪽 또는 쌍방의 단면에는 상기 간극에 주입된 기체가 순환하는 홈부가 형성되어 있는 축압기.
제 10 항에 있어서,
상기 홈부는 복수의 환상 홈부와,
상기 간극과 연통하고, 복수의 상기 환상 홈부를 연결하는 연결 홈부를 갖고 있는 축압기.