KR20230173599A - 모듈형 가압 가스 탱크 - Google Patents

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tubes
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포르시아 쥐스뗌 데샤피망
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Abstract

본 발명은, 수소와 같은 가압 가스를 저장하기 위한 모듈형 탱크(1)에 관한 것이며, 상기 모듈형 탱크(1)는, 나란히 평행하게 배치되어 적어도 하나의 튜브(3)에 의해 서로 유동적으로 연결되는 적어도 2개의 실질적으로 원통형인 실린더(2)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 튜브(3)는 상기 적어도 2개의 실린더(2) 사이의 공간(4)에 배치된다.

Description

모듈형 가압 가스 탱크{MODULAR PRESSURIZED GAS TANK}
본 발명은, 수소와 같은 가압 가스를 수용할 수 있는 모듈형 탱크 또는 다중 요소 탱크(multi-element tank)에 관한 것이다.
실질적인 평행육면체 체적 내에서 가압 상태로 가스를 저장하기 위해 모듈형 탱크 또는 다중 요소 탱크를 생산하는 것이 알려져 있다. 이러한 탱크는 실린더와 같은 복수의 요소를 포함한다. 이러한 실린더들은 서로 실질적으로 동일하다.
최대 1050 bar의 매우 높은 예상 압력을 견디기 위해, 상기 실린더는 원형 단면을 갖는 실질적인 원통형 형상을 갖는다.
이러한 실린더들은 평행하게 배치되며, 즉 이들 실린더의 축선들은 평행하다. 또한, 이들 실린더는 나란히 배치되며, 즉 이들 실린더는 인접하여 있고 이들 실린더의 모면(generatrix)들은 접촉하고 있다.
상기 평행육면체 체적은, 실린더의 지름과 동일한 깊이, 실린더의 길이와 동일한 폭, 그리고 실린더의 지름에 실린더의 개수를 곱한 값과 동일한 길이를 갖는다.
원형 단면의 실린더를 사용하기 때문에, 전술한 저장 체적은 최적화되어 있지 않다. 채워지는 평행육면체의 체적/저장 체적의 비율은, 원의 지름과 동일한 변을 갖는 정사각형에 대한 원의 비율, 즉 π/4 ≒ 78%의 비율에 해당하며, 이 비율은 실린더의 벽 두께로 인해 더욱 감소된다.
본 발명은 이러한 비율을 개선할 것을 제안한다.
이를 위해, 본 발명은 실린더들 사이에 자유롭게 남아있는 공간을 사용한다.
본 발명의 대상은, 수소와 같은 가압 가스를 저장하기 위한 모듈형 탱크로서, 나란히 평행하게 배치되어 적어도 하나의 튜브에 의해 서로 유동적으로 연결되는 적어도 2개의 실질적으로 원통형인 실린더를 포함하고 또한 적어도 하나의 튜브를 포함하는 모듈형 탱크이며, 여기서 상기 적어도 하나의 튜브는 상기 적어도 2개의 실린더 사이의 공간에 배치된다.
단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있는 특정 특징 또는 실시예는 다음과 같다.
- 2개의 인접한 실린더와 2개의 인접한 실린더에 접하는 평면에 의해 공간이 획정된다.
- 각각의 상기 공간은, 실린더의 직경의 1/4 미만인 직경 또는 바람직하게는 실린더의 직경의 1/4과 동일한 직경을 갖는 튜브를 수용한다.
- 제1 공간의 튜브는, 제1 단부를 통해 제1 실린더에 연결되고, 제2 단부를 통해 제2 공간의 튜브에 연결되며, 제2 공간의 튜브는, 제1 단부에 의해 제1 공간의 튜브에 연결되고 제2 단부를 통해 제2 실린더에 연결된다.
- 각각의 상기 공간은, 실린더의 직경의
Figure pat00001
배 미만인 직경 또는 바람직하게는 실린더의 직경의
Figure pat00002
배와 동일한 직경을 갖는 3개의 튜브를 수용한다.
- 제1 공간의 3개의 튜브는 서로 직렬로 연결되어 있고, 제2 공간의 3개의 튜브는 직렬로 함께 연결되어 있으며 제1 공간의 3개의 튜브와 직렬로 연결되어 있다.
- 실린더들은 튜브를 통해 직렬로 연결된다.
- 실린더들은 튜브를 통해 병렬로 연결된다.
- 적어도 하나의 상기 실린더는, 복합 구조(composite structure)와 내부 밀봉 엔벨로프(internal sealing envelope)를 포함하는 타입 IV(type IV)의 실린더이다.
- 상기 적어도 하나의 튜브는 금속제이다.
- 상기 적어도 하나의 튜브는 타입 IV의 튜브이다.
본 발명은, 첨부된 도면을 참조하여 단지 예시로만 제공되는 다음의 설명을 읽으면 더 잘 이해될 것이다.
도 1은, 3개의 뷰 평면(view plane)에서, 밑면, 정면 및 상면에서의 탱크를 도시한 것이다.
도 2는 1개의 튜브를 갖춘 탱크를 단면도로 도시한 것이다.
도 3은 3개의 튜브를 갖춘 탱크를 단면도로 도시한 것이다.
도 4는 1개의 튜브를 이용한 실린더의 병렬 연결을 개략도로 도시한 것이다.
도 5는 3개의 튜브를 이용한 실린더의 병렬 연결을 개략도로 도시한 것이다.
도 6은 1개의 튜브를 이용한 실린더의 직렬 연결을 개략도로 도시한 것이다.
도 7은 3개의 튜브를 이용한 실린더의 직렬 연결을 개략도로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명은, 특히 수소와 같은 가압 가스의 저장에 전용되는 모듈형 탱크(1)에 관한 것이다. 모듈 방식은 실린더와 같은 다수의 요소를 결합함으로써 달성될 수 있다. 모듈 방식을 채용하면, 필요에 따라 요소를 추가함으로써 탱크의 체적을 원하는 대로 변경할 수 있게 된다. 이러한 탱크의 일반적인 용례는, 추진을 목적으로 하는 차량에서 수소를 저장하는 것이다.
차량에 대한 통합을 제공하고 이러한 통합을 용이하게 하기 위해, 상기 탱크는 실질적으로 평행육면체의 형상을 차지하며, 이는 유리하게는 전술한 요소와 그 부속품을 둘러싸는 평행육면체 하우징(6)에 의해 구현된다.
탱크(1)는 실린더(2)들을 병치함으로써 구성된다. 이러한 실린더(2)는 그 개수가 적어도 2개이다. 실린더의 최대 개수는 원하는 저장 용량에 따라 좌우된다. 실린더(2)들은 실질적으로 동일하다. 이들 실린더는 실질적으로 원통형이며, 나란히 평행하게 배치된다. 2열 이상의 실린더(2)를 구비하는 것도 또한 가능하다. 이들 실린더는, 유리하게는, 전체 저장 용량을 제공하기 위해 적어도 하나의 튜브(3)에 의해 서로 유동적으로 연결된다.
본 발명의 특징에 따르면, 상기 적어도 하나의 튜브(3)는, 상기 적어도 2개의 실린더(2) 중 적어도 하나에 유동적으로 연결되어, 이 튜브가 둘러싸는 체적만큼 탱크(1)의 저장 용량을 증가시킨다.
평행육면체 체적에서 저장에 유용한 체적의 주요 손실은, 2개의 인접한 실린더(2) 사이에 자유롭게 남아있는 2개의 공간(4)에 의해 구성된다.
이러한 자유 체적을 활용하는 한 가지 방법은, 적어도 하나의 튜브(3)를 하나의 공간, 다른 하나의 공간 또는 바람직하게는 2개의 공간(4) 모두에 배치하는 것이다. 공간(4)은 2개의 인접한 실린더(2)와 2개의 인접한 실린더(2)에 접하는 평면(5)에 의해 획정된다. 공간(4)은 실질적으로 삼각형 단면의 실린더 형상을 가지며, 이때 상기 삼각형의 두 변은 원의 오목한 호에 속한다.
도 2에 보다 구체적으로 예시된 또 다른 특징에 따르면, 튜브(3)는 하나의 공간(4)에 배치되고, 바람직하게는 2개의 공간(4) 모두에 튜브(3)가 배치된다. 체적 용량을 최적화하기 위해, 이러한 단일 튜브(3)는, 공간(4)에 의해 허용되는 최대 직경(d1)의 튜브이거나, 또는 튜브(3)의 외부 튜브 직경(d1)이 최대로는 실린더(2)의 외부 직경(d)의 1/4, 즉 0.25배와 동일한 튜브이다. 이때 전술한 튜브(3)는 2개의 인접한 실린더(2)와 접촉하고, 상기 2개의 인접한 실린더(2)에 접하는 평면(5)에 접하게 된다.
또 다른 특징에 따르면, 제1 공간(4)에 배치된 제1 튜브(3)는, 제1 단부가 보통 제1 밸브(7)를 통해 제1 실린더(2)에 연결되고, 제2 단부가 제2 공간(4)에 배치된 제2 튜브(3)에 연결된다. 마찬가지로, 제2 공간(4)에 배치된 제2 튜브(3)는, 제1 단부가 제1 튜브(3)에 연결되고, 제2 단부가 보통 밸브(7)를 통해 제2 실린더(2)에 연결된다. 이상은, 도 4 및 도 6에 보다 구체적으로 예시되어 있다.
도 3에 보다 구체적으로 예시된 또 다른 특징에 따르면, 3개의 튜브(3)가 하나의 공간(4)에 배치되고, 바람직하게는 2개의 공간(4) 모두에 3개의 튜브(3)가 배치된다. 체적 용량을 최적화하기 위해, 이들 3개의 튜브(3)는 직경(d3), 바람직하게는 3개의 튜브(3)에 대해 동일한 직경을 갖거나, 공간(4)에 의해 허용되는 최대 직경을 갖거나, 또는 최대로는 실린더(2)의 외부 직경(D)의
Figure pat00003
배, 즉 약 0.15배에 해당하는 튜브(3)의 외부 튜브 직경(d3)을 갖는다. 이러한 3개의 튜브(3)는, 이때, 3개의 튜브(3)가 서로 접촉하게 되어, 상기 3개의 튜브는 2개의 인접한 실린더(2)와 접촉하고, 2개의 실린더(2)에 접하는 평면(5)에 접하게 된다.
또 다른 특징에 따르면, 제1 공간(4)의 3개의 튜브(3)는 서로 직렬로 연결된다. 마찬가지로, 제2 공간(4)의 3개의 튜브(3)도 직렬로 함께 연결된다. 더욱이, 제2 공간(4)의 3개의 튜브(3)는 또한 제1 공간(4)의 3개의 튜브(3)와 직렬로 연결된다. 이상은, 도 5 및 도 7에 보다 구체적으로 예시되어 있다.
또한, 튜브(3)의 개수를 3개가 넘게 늘릴 수도 있다. 그러나, 이러한 구성은 많은 이점을 제공하지는 않는 것으로 보인다.
튜브(3)의 개수의 증가는 총 질량의 증가와 절충된다. 더욱이, 튜브(3)의 개수가 증가함에 따라, 통로 섹션의 감소가 나타나, 탱크(1)의 충전/비움이 더욱 어려워진다.
3개의 튜브(3)를 구비한 양태는, 총 체적(외접 평행육면체의 체적)에 대한 유효 체적(가스를 저장하는 데 이용 가능한 체적)의 비율 면에서 약간 더 유리한데, 1개의 튜브(3)를 구비한 양태에서의 61%에 비해 62%로 약간 더 유리하다. 그러나, 3개의 튜브(3)를 구비한 양태는, 1개의 튜브를 구비한 양태보다는 질량이 더 크다.
또 다른 특징에 따르면, 실린더(2)들은, 튜브(3)를 통해, 직렬로 연결된다. 이는 도 6 및 도 7에 보다 구체적으로 예시되어 있다. 이러한 구성은, 각각의 실린더(2)가 각 단부에 밸브(7)를 포함하는 것을 필요로 한다.
또 다른 특징에 따르면, 실린더(2)들은, 튜브(3)를 통해, 병렬로 연결된다. 이는 도 4 및 도 5에 보다 구체적으로 예시되어 있다.
유리하게는 직렬로 연결된 한 쌍 또는 세 쌍의 튜브(3)를 통한 2개의 실린더(2)의 연결은, 2개의 실린더(2)의 각 밸브(7) 사이에 "아코디언 스타일"로 장착된 튜브(3)로 형성된 파이프를 구성한다는 점에서 유리하다. 이는, 탱크(1)가 충돌하는 경우에, 예를 들어 탱크(1)를 운반하는 차량의 사고에 이어 탱크(1)가 충돌하는 경우에, 특히 유리하다. 실제로, 실린더(2) 중 하나가 분리되는 경우, 아코디언 스타일의 파이프는 변형 가능한 요소를 형성하여, 실린더(2)의 각 밸브(7)에 가해지는 힘을 감소시키고, 이에 따라 밸브(7)가 파열될 위험을 방지한다.
실린더(2)는 임의의 재료로 제조될 수 있다. 따라서, 종래의 방식에서는, 예를 들어 스테인리스 강과 같은 금속 재료로 실린더를 제조할 수 있다. 그러나, 웨이트 밸런스(weight balance)를 줄이기 위해, 플라스틱 복합 재료로 실린더를 제조하는 것이 유리할 수 있다.
따라서, 또 다른 특징에 따르면, 상기 적어도 하나의 실린더(2)는 타입 IV인 실린더이다. 이는, 구조 및 형상을 제공하는 복합 구조를 중심으로 실린더(2)가 제조되어 있음을 의미한다. 이러한 구조는 중공형이다. 이러한 구조는, 그 내부 표면에 내부 밀봉 엔벨로프 또는 라이너를 포함하여 가스의 밀봉을 보장한다.
마찬가지로, 상기 적어도 하나의 튜브(3)는 임의의 재료로 제조될 수도 있다.
또 다른 특징에 따르면, 상기 적어도 하나의 튜브(3)는 금속제이다.
또 다른 특징에 따르면, 적어도 하나의 튜브(3)는 앞서 정의된 바와 같이 타입 IV의 튜브이다.
본 발명은, 도면 및 이에 선행하는 설명에 상세하게 예시되고 설명되었다. 이는 예시적이며, 예로서 주어진 것으로 간주되어야 하고, 본 발명을 전술한 설명으로 한정하지 않는다. 많은 대안적인 실시예가 가능하다. 원하는 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해 정의된다.
1: 탱크 2: 실린더
3: 튜브 4: 공간
5: 접평면(tangent plane) 6: 하우징
7: 밸브/OTV

Claims (11)

  1. 나란히 평행하게 배치되어 적어도 하나의 튜브(3)에 의해 서로 유동적으로 연결된 적어도 2개의 원통형 실린더(2)를 포함하는, 가압 가스를 저장하기 위한 모듈형 탱크(1)로서, 상기 모듈형 탱크(1)는, 상기 적어도 2개의 실린더(2) 사이에 적어도 하나의 공간(4)을 포함하고, 상기 적어도 하나의 튜브(3)는 상기 적어도 하나의 공간(4) 중 하나에 배치되는 것을 특징으로 하는 모듈형 탱크.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 공간(4) 중 적어도 하나는, 2개의 인접한 실린더(2)와 2개의 인접한 실린더(2)에 접하는 평면(5)에 의해 획정되는 것인 모듈형 탱크.
  3. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 공간(4)은 각각, 실린더(2) 중 하나의 직경(D)의 1/4 이하인 직경(d1)의 튜브(3)를 수용하는 것인 모듈형 탱크.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공간 중 제1 공간(4)의 튜브(3)는, 튜브의 제1 단부를 통해 상기 적어도 2개의 실린더(2) 중 제1 실린더(2)에 연결되고, 튜브의 제2 단부를 통해 상기 적어도 하나의 공간 중 제2 공간(4)의 튜브(3)에 연결되고,
    상기 제2 공간(4)의 튜브(3)는, 튜브의 제1 단부에 의해 상기 제1 공간(4)의 튜브(3)에 연결되고, 튜브의 제2 단부를 통해 상기 적어도 2개의 실린더(2) 중 제2 실린더(2)에 연결되는 것인 모듈형 탱크.
  5. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 공간(4)은 각각, 상기 적어도 2개의 실린더(2) 중 하나의 직경(D)의
    Figure pat00004
    배 이하인 직경(d3)을 갖는 3개의 튜브(3)를 수용하는 것인 모듈형 탱크.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공간(4) 중 제1 공간(4)의 3개의 튜브(3)는 서로 직렬로 연결되고,
    상기 적어도 하나의 공간(4) 중 제2 공간(4)의 3개의 튜브(3)는 직렬로 함께 연결되고, 상기 제1 공간(4)의 3개의 튜브(3)와 직렬로 연결되는 것인 모듈형 탱크.
  7. 제1항에 있어서, 상기 실린더(2)들은, 튜브(3)를 통해, 직렬로 연결되는 것인 모듈형 탱크.
  8. 제1항에 있어서, 상기 실린더(2)들은, 튜브(3)를 통해, 병렬로 연결되는 것인 모듈형 탱크.
  9. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 상기 실린더(2)는, 복합 구조(composite structure) 및 내부 밀봉 엔벨로프(internal sealing envelope)를 포함하는 타입 IV(type IV)의 실린더인 것인 모듈형 탱크.
  10. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 튜브(3)는 금속제인 것인 모듈형 탱크.
  11. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 튜브(3)는 타입 IV의 튜브인 것인 모듈형 탱크.
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