KR20230173600A

KR20230173600A - 극저온 탱크

Info

Publication number: KR20230173600A
Application number: KR1020230075961A
Authority: KR
Inventors: 기욤 보예; 로익 쥬네스; 플로랑 코르도
Original assignee: 레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레뜌드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드; 레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드
Priority date: 2022-06-17
Filing date: 2023-06-14
Publication date: 2023-12-27
Also published as: FR3136828A1; JP2023184495A; CN117249376A; EP4293271A1; CA3199273A1; US20230408031A1

Abstract

본 발명은 극저온 탱크에 관한 것으로서, 극저온 유체를 수용하도록 의도된 내부 외피(2), 상기 내부 외피(2) 주위에 배열되고 2개의 외피들(2, 3) 사이의 공간을 진공 하에서 경계 짓는 외부 외피(3)를 포함하고, 상기 외부 외피(3)는 길이방향(A)으로 연장되고 상기 길이방향(A)에 수직인 평면 내에 분포된 복수의 보강 립(4)을 포함하며, 상기 립(4)은 상기 외부 외피(3)의 하나의 그리고 동일한 벽 상의 변형에 의해서, 예를 들어 널링에 의해서 형성되는, 탱크에 있어서, 상기 탱크(1)는 또한 상기 립(4)의 적어도 하나의 적어도 일부를 보강하기 위한 적어도 하나의 보강 요소(5)를 또한 포함하고, 상기 보강 요소(5)는 상기 립(4)의 기부 및 양 측면에 위치된 2개의 벽 부분에 고정적으로 연결된 스트립(5)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

극저온 탱크{CRYOGENIC TANK}

본 발명은 극저온 탱크에 관한 것이다.

본 발명은 보다 특히, 특히 극저온 유체, 예를 들어 액화 헬륨 또는 수소를 운반하기 위한 극저온 탱크에 관한 것으로서, 금속 재료 또는 합금으로 제조되고 극저온 유체를 수용하도록 의도된 내부 외피, 내부 외피 주위에 배열되고 2개의 외피들 사이의 공간을 경계 짓는, 금속 재료 또는 합금으로 제조된 외부 외피를 포함하고, 상기 공간은 진공 하에 있고, 외부 외피는 길이방향으로 연장되고 길이방향에 수직인 평면 내에 분포된 복수의 보강 립(rib)을 포함하며, 립은 외부 외피의 하나의 그리고 동일한 벽 상의 변형에 의해서, 예를 들어 널링(knurling)에 의해서 형성된다.

극저온 탱크는 일반적으로, 극저온 액체를 운반할 때 저장 자율성(storage autonomy)을 보장하기 위해서, 진공 하의 절연된 이중-외피 구조를 이용한다.

금속 또는 합금으로 제조되는 이러한 외피는 제관 작업(boilermaking)에 의해서 생산되고 그에 따라 제관 작업 구성 코드(예를 들어, ASME VIII)가 적용된다. 이러한 외피는 진공을 포함하기 때문에 외부 압력을 견뎌야 하고, 탱크(또는 이를 수용하는 컨테이너)의 질량에 영향을 미치지 않아야 한다.

진공 하의 탱크는 주로 외부 압력을 견디기 위한 치수를 갖는다. 이러한 기계적 저항은 외피 링(원통형 외피를 형성하는 용접된 금속 시트)의 적절한 두께에 의해서 및/또는 강화 요소에 의해서 보장된다.

금속 재료로 제조된 운반 가능 탱크의 경우, 질량 최적화는 상당한 문제가 되며, 외피 벽을 두껍게 하는 해결책으로는 적절한 탱크 질량을 획득할 수 없다. 하나의 해결책은 알루미늄 합금 유형의 금속 재료를 이용하는 것일 수 있으나, 이러한 재료의 작은 영률(Young's modulus)은 두께 증가를 필요로 한다.

그에 따라 하나의 알려진 해결책은 강화부(립)를 벽에 부가하는 것으로, 즉 외피 링을 강화하기 위해서 용접되거나 외피 링을 변형시키는 것(예를 들어, 널링)에 의해서 형성되는 후프를 부가하는 것으로 구성된다.

용접된 후프를 이용한 보강은 부피와 관련하여 문제가 될 수 있고, 이러한 후프는 그 효과 보장을 위해서 외피 링 주위를 완전히 둘러싸야 한다. 이러한 후프는 일반적으로 외피 링보다 더 두껍고 장비에 질량을 부가한다.

금속 시트의 변형(널링 프로세스)에 의해서 형성되는 립을 이용한 보강은 탱크에 어떠한 질량도 부가하지 않으나, 외피의 낮은 축방향 강성과 관련된 문제("아코디언" 효과)를 초래한다. 이러한 효과는 알루미늄 외피에서 더 두드러진다.

본 발명의 하나의 목적은 전술한 종래 기술의 단점의 일부 또는 전부를 극복하는 것이다.

이를 위해서, (기타에 대해서는 전술한 서문에서 주어진 일반적인 정의에 따르는) 본 발명에 따른 탱크는 본질적으로, 탱크가 립의 적어도 하나의 적어도 일부를 보강하기 위한 적어도 하나의 보강 요소를 또한 포함하는 것을 특징으로 하고, 보강 요소는 립의 기부에 그리고 립의 양 측면에 위치된 2개의 벽 부분에 고정적으로(rigidly) 연결된 스트립을 포함한다.

또한, 본 발명의 실시형태가 이하의 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다:

- 스트립은 금속 재료 또는 합금으로 제조되고 외부 외피에 용접되고,

- 립은 외부 외피의 원주의 전부 또는 일부에 걸쳐 연장되고, 립의 적어도 일부가 적어도 하나의 스트립을 구비하며,

- 립의 적어도 일부는 외피의 원주의 일부에 걸쳐 분포된 복수의 이산형 스트립, 예를 들어 3개의 스트립을 구비하며,

- 스트립은 길이방향에 수직인 평면 내에서 외부 외피의 원주의 40 내지 80%, 그리고 바람직하게 50 내지 70%에 걸쳐 연장되고,

- 하나 이상의 스트립은 립의 폭의 1배 내지 3배의, 길이방향에 평행한 방향으로 측정된, 폭을 가지며,

- 제1 외피 및 제2 외피는, 원형 횡단면을 가지고 길이방향으로 연장되는 대체로 원통형인 형상을 가지며, 길이방향 축은, 탱크가 운반 또는 사용 구성에 있을 때, 수평으로 배향되고,

- 립은 외부 외피의 외측부 표면으로부터 돌출된다.

또한, 본 발명은 청구범위 내의 전술한 또는 후술되는 특징의 임의의 조합을 포함하는 임의의 대안적인 장치 또는 방법에 관한 것일 수 있다.

다른 구분되는 특징 및 장점은 도면을 참조하에 제공된 이하의 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 발명은, 단지 예로서 주어진 그리고 첨부 도면을 참조한 이하의 설명으로부터 보다 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 탱크의 예의 개략적이고 부분적인 사시도이다.
도 2는 탱크의 상세 부분의 개략적이고 부분적인 길이방향 단면도를 도시한다.
도 3은 탱크의 상세 부분의 개략적이고 부분적인 원근적 횡단면도를 도시한다.

도면 전체를 통해서, 동일한 참조 번호는 동일한 요소와 관련된다.

이러한 상세한 설명에서, 이하의 실시형태는 예이다. 비록 설명이 하나 이상의 실시형태를 설명하지만, 이는 특징들이 하나의 실시형태에만 적용된다는 것을 의미하지 않는다. 상이한 실시형태들의 개별적인 특징들이 또한 조합 및/또는 상호 교환되어 다른 실시형태를 제공할 수 있다.

도시된 탱크(1)는 예를 들어 극저온 유체, 예를 들어 액화 헬륨 또는 수소를 저장 및 운반하기 위한 극저온 탱크이다.

이러한 탱크(1)는 금속 재료 또는 합금으로 제조되고 극저온 유체를 수용하도록 의도된 내부 외피(2)를 포함한다. 탱크(1)는 또한, 내부 외피(2) 주위에 배열되고 2개의 외피들(2, 3) 사이에서 공간을 경계 짓는, 금속 재료 또는 합금으로 제조된 외부 외피(3)를 포함한다. 이러한 공간은 진공 하에 있고, 바람직하게 단열재, 예를 들어 다층 단열체(MLI)를 포함한다.

탱크(1) 그리고 특히 외부 외피(3)는 길이방향(A)으로 연장된다.

도시된 바와 같이, 제1 외피(2) 및 제2 외피(3)는 바람직하게 길이방향(A)으로 연장되는, 원형 횡단면을 갖는, 대체로 원통형인 형상을 갖는다.

다시 말해서, 각각의 외피는 금속 시트 또는 외피 링에 의해서 형성된 중앙 원통형 부분을 가지며, 그 단부들은 각각의 돔(dome)에 의해서 폐쇄된다.

바람직하게, 탱크(1)가 운반 또는 사용 구성에 있을 때, 길이방향 축(A)은 수평으로 배향된다.

외부 외피(3)는, 길이방향(A)에 수직인 평면 내에서 분포된 복수의 보강 립(4)을 포함한다. 립(4)은 외부 외피(3)의 하나의 그리고 동일한 벽(중앙 원통형 부분) 상의 변형, 예를 들어 널링에 의해서 형성된다.

도시된 바와 같이, 이러한 립(4)은 바람직하게 외부 외피(3)의 외측부 표면으로부터 돌출된다. 바람직하게, 립(4)은 외부 외피(3)의 전체 원주에 걸쳐 형성된다. 예를 들어, 립들(4)은, 50 내지 200 mm, 예를 들어 약 100 mm의 거리만큼 길이방향(A)으로 이격되도록, 원통형 벽 상에 형성된다.

바람직하게, 립(4)은, 예를 들어 이하의 식에 따라, 원통형 부분(외피 링)에서 길이방향(A)으로 규칙적으로 분포되고: d = L/(n+2)

여기에서: d = 2개의 인접 립들 사이의 거리이고, L = 외피 링 길이이며, n = 립의 수이다. 거리(d)는 (예를 들어, 탱크의 받침부의 위치와 같은) 다른 조립체 요소에 따라 달라질 수 있으나, 외피 링의 강성을 분산시키기 위해서 거리(d)는 바람직하게 각각의 립 사이에서 일정하다.

따라서, 외피 링(구성요소의 원통형 부분)은 기계적 변형에 의해서 얻어지는 복수의 립(4)을 포함한다.

또한, 립(4)의 적어도 하나 그리고 바람직하게 모두가 적어도 하나의 보강 요소(5)를 포함한다. 보강 요소(5)는 스트립(5)을 포함하고, 이러한 스트립은 예를 들어 금속 또는 합금으로 제조되고 립(4)의 기부 및 양 측면에 위치된 벽의 2개의 부분에 고정적으로 연결된다(체결된다).

스트립(5)은 바람직하게 립(4)의 양 측면에서 외부 외피(3)에 용접된다.

립(4)은 외부 외피(3)의 원주의 전부 또는 일부에 걸쳐 길이방향(A)에 수직인 평면 내에서 스트립(5)과 유사하게 연장된다.

예를 들어, 하나의 또는 복수의 또는 모든 립(4)이 외피(3)의 원주에 걸쳐 분포된 복수의 이산형 스트립(5), 예를 들어 3개의 스트립(5)을 구비한다. 스트립은 바람직하게 탱크(1)의 둘레에 걸쳐 균일하게 분포된다.

예를 들어, 스트립(5)은 외부 외피(3)의 원주의 적어도 절반에 걸쳐 길이방향(A)에 수직인 평면 내에서 연장된다(그리고 그에 따라 외피(3)의 원주의 적어도 절반에 걸쳐 용접/체결된다).

바람직하게, 하나 이상의 스트립(5)은 립(4)의 폭(L4)의 1배 내지 3배의, 길이방향(A)에 평행한 방향으로 측정된, 폭(L5)을 갖는다.

제안된 해결책은 아코디언 효과를 제한하거나 방지함으로써 탱크(1)의 축방향 강성이 개선될 수 있게 한다. 이러한 스트립(5)은 외부 외피(3)의 내부 면에 체결될 수 있다.

이러한 스트립(5)은 탱크(1)의 축 방향 강성도를 증가시키고, 또한 힘-전달 요소로서 작용한다. 스트립(5)은 바람직하게 강화되는 외피(3)와 동일한 재료로 제조된다. 이들은 탱크(1)의 진공 저항이 유지될 수 있게 한다. 힘이 지지 구조물을 통해서 전달되는 경우에, 스트립은 바람직하게 지지부(타이 로드(tie rod)/칼라 등)를 따라서 배치된다.

전술한 바와 같이, 이러한 스트립(5)은 외피(3) 상의 특정 위치에만 체결될 수 있다(사실상, 이러한 보강부(5)를 각각의 립(4)의 전체 둘레에 걸쳐 제공할 필요는 없다). 이는 탱크(1)의 총 질량에 미치는 영향을 제한한다.

Claims

특히 극저온 유체, 예를 들어 액화 헬륨 또는 수소를 운반하기 위한 극저온 탱크로서, 금속 재료 또는 합금으로 제조되고 극저온 유체를 수용하도록 의도된 내부 외피(2), 상기 내부 외피(2) 주위에 배열되고 2개의 외피들(2, 3) 사이의 공간을 경계 짓는, 금속 재료 또는 합금으로 제조된 외부 외피(3)를 포함하고, 상기 공간은 진공 하에 있고, 상기 외부 외피(3)는 길이방향(A)으로 연장되고 상기 길이방향(A)에 수직인 평면 내에 분포된 복수의 보강 립(4)을 포함하며, 상기 립(4)은 상기 외부 외피(3)의 하나의 그리고 동일한 벽 상의 변형에 의해서, 예를 들어 널링에 의해서 형성되는, 탱크에 있어서, 상기 탱크(1)는 상기 립(4)의 적어도 하나의 적어도 일부를 보강하기 위한 적어도 하나의 보강 요소(5)를 또한 포함하고, 상기 보강 요소(5)는 상기 립(4)의 기부 및 양 측면에 위치된 2개의 벽 부분에 고정적으로 연결된 스트립(5)을 포함하는 것을 특징으로 하는 탱크.
제1항에 있어서,
상기 스트립(5)은 금속 재료 또는 합금으로 제조되고 상기 외부 외피(3)에 용접되는 것을 특징으로 하는 탱크.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 립(4)은 상기 외부 외피(3)의 원주의 전부 또는 일부에 걸쳐 연장되고, 상기 립(4)의 적어도 일부가 적어도 하나의 스트립(5)을 구비하는 것을 특징으로 하는 탱크.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 립(4)의 적어도 일부가 상기 외피(3)의 원주의 일부에 걸쳐 분포된 복수의 이산형 스트립(5), 예를 들어 3개의 스트립(5)을 구비하는 것을 특징으로 하는 탱크.
제4항에 있어서,
상기 스트립(5)은 상기 길이방향(A)에 수직인 평면 내에서 상기 외부 외피(3)의 원주의 40 내지 80%, 그리고 바람직하게 50 내지 70%에 걸쳐 연장되는 것을 특징으로 하는 탱크.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 스트립(5)은 상기 립(4)의 폭(L4)의 1배 내지 3배의, 상기 길이방향(A)에 평행한 방향으로 측정된, 폭(L5)을 가지는 것을 특징으로 하는 탱크.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 외피(2) 및 제2 외피(3)는, 원형 횡단면을 가지고 상기 길이방향(A)으로 연장되는 대체로 원통형인 형상을 가지며, 상기 길이방향 축(A)은, 상기 탱크(1)가 운반 또는 사용 구성에 있을 때, 수평으로 배향되는 것을 특징으로 하는 탱크.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 립(4)은 상기 외부 외피(3)의 외측부 표면으로부터 돌출되는 것을 특징으로 하는 탱크.