KR20240019060A - 극저온 액체 형태로 저장되는 유체를 압축하기 위한 장치, 및 연관된 제조 방법 - Google Patents

극저온 액체 형태로 저장되는 유체를 압축하기 위한 장치, 및 연관된 제조 방법 Download PDF

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KR20240019060A
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Abstract

본 발명은 분자 수소, 분자 산소, 분자 질소 또는 아르곤과 같은 유체를 압축하기 위한 장치(110)에 관한 것으로서: - 극저온 온도에서의 액체 형태의 유체, 및 극저온 챔버 내에서 액체의 증발로부터 초래되는 기체 형태의 유체를 수용할 수 있는 극저온 챔버(220); - 내부 압력을 견디도록 구성된, 극저온 챔버를 둘러싸는 압력 챔버(230); - 극저온 챔버의 내부와 압력 챔버의 내부 사이의 압력을 균등화하기 위한 압력 균등화 장치(250)를 포함하고, 균등화 장치는 극저온 챔버 내의 과압 기체를 압력 챔버와 극저온 챔버 사이의 공간 내로 전달하도록 구성된 배관을 포함하고, 배관은 극저온 챔버로부터 오는 과압 기체를, 극저온 온도보다 높은 미리 결정된 온도까지 재가열하기 위한 장치(270)를 포함한다.

Description

극저온 액체 형태로 저장되는 유체를 압축하기 위한 장치, 및 연관된 제조 방법
본 발명의 분야는 기체 저장 분야에 관한 것이다.
더 구체적으로, 본 발명은 극저온 액체 형태로 저장되는 유체를 압축하기 위한 장치, 및 연관된 제조 방법에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 전기 차량에 파워를 공급하기 위한 이수소(dihydrogen)의 저장, 또는 이산소, 이질소, 아르곤 또는 메탄과 같은 다른 유체의 저장에 적용될 수 있다.
랙에 저장된 실린더 형태로 가압 기체를 저장하기 위한 기술이 종래 기술로부터 공지되어 있다. 가장 일반적으로 강 또는 알루미늄으로 제조되는 각각의 실린더는 일반적으로 주어진 양의 기체를 200 내지 300 bar 범위의 최대 압력에서 저장한다. 또한, 특히 이수소의 경우, 최적 저장 압력이 700 bar의 범위인 것으로 일반적으로 알려져 있다. 따라서, 탄소 섬유 구조를 갖는 복합체로 제조된 실린더가 사용된다.
그러한 압력 레벨을 획득하기 위해서, 결과적으로, 특히 실린더의 압력보다 높은 압력으로 차량의 탱크를 충진하기 위해서, 복잡한 기계적 압축기를 이용할 필요가 있다.
또한, 랙 내의 병(bottle) 형태의 저장 기술은 부피가 크다는 단점을 갖는다. 또한, 곧 오게 될 차량의 탱크에 공급하기 위한 충분한 압력을 저장소가 가질 수 있도록 교체하기 위한 병들을 규칙적으로 관리하기 위해서, 일반적으로 복잡한 실린더 집단의 관리가 설정된다.
기체의 부피 및 운송을 줄이기 위해서, 기체를 일반적으로 극저온 온도의 액체 형태로 저장할 수 있게 하는 기술이 개발되었다.
일반적으로, 이러한 기술은 극저온 탱크를 포함하고, 이러한 탱크의 절연은 탱크의 내부 용기를 둘러싸는 진공 용기로 수행된다.
이러한 기술의 단점은, 액체 형태의 기체가 모든 극저온 장치에 내재된 열 입력의 영향 하에서 증발되는 경향을 갖는다는 것이다. 따라서, 극저온 온도에 노출되는 재료의 수용 가능한 기계적 응력을 초과하는 압력 응력을 방지하기 위해서, 외장(enclosure) 내의 압력을 제한하도록 안전 밸브가 일반적으로 설정된다. 이러한 외장의 일반적으로 수용 가능한 압력은 10 bar 미만이다.
사실상, 극저온 용기를 위해서 사용되는 재료가 가장 일반적으로 저온, 즉 - 20℃ 미만의 온도에 적합한 기계적 특성을 제공하는 금속 재료라는 것에 주목하여야 한다. 또한, 탄소 섬유를 포함하는 것과 같은 복합 재료로 제조된 탱크는 거의 저온에 적합하지 않은데, 이는 이러한 탱크가 일반적으로 이러한 온도에서 압력과 관련된 기계적 응력을 견디지 못하기 때문이다.
극저온 유체 저장 탱크에 관한 종래 기술의 기술의 예가 특히 제FR3089600호로 공개된 프랑스 특허출원에서 설명되어 있다.
현재 시스템 중 어느 것도, 복잡한 기계 장치를 이용하지 않고는, 요구되는 모든 필요성을 동시에 만족시키지 못하고, 즉 콤팩트한 형태로 고밀도의 기체를 저장할 수 있게 하는 기술을 제공하지 못하고, 최대 700 또는 800 bar 범위일 수 있는 상당한 기체 압축을 제공하지 못한다.
본 발명의 목적은 전술한 종래 기술의 단점의 전부 또는 일부를 해결하는 것이다.
이를 위해서, 본 발명은 이수소, 이산소, 이질소 또는 아르곤과 같은 유체를 압축하기 위한 장치에 관한 것으로서,
극저온 용기 - 극저온 온도에서의 액체 형태의 유체, 및 극저온 용기 내의 액체의 증발로부터 기원하는 기체 형태의 유체를 수용할 수 있음 -;
내부 압력을 견디도록 구성된, 극저온 용기를 둘러싸는 압력 용기;
극저온 용기의 내측부와 압력 용기의 내측부 사이의 압력을 균등화하기 위한 균등화 장치로서, 균등화 장치는 압력 용기와 극저온 용기 사이의 공간 내에서 과압 기체를 극저온 용기 내로 전달하도록 구성된 배관(piping)을 포함하고, 배관은 극저온 용기로부터 기원하는 과압 기체를, 극저온 온도보다 높은 미리 결정된 온도까지 재가열하기 위한 장치를 포함하는, 균등화 장치를 포함한다.
따라서, 유체는, 극저온 용기 내에 수용된 극저온 액체의 증발로부터 기원하는 과압 기체를 재주입하는 것에 의해서, 복잡한 기계 장치를 이용하지 않고도 고압으로 압축될 수 있다.
또한, 압력 영향 하의 극저온 용기의 열화를 방지하기 위해서, 극저온 용기는 유리하게 가압 환경 내에 배치되고, 여기에서 압력은 극저온 용기의 내측부와 외측부 사이에서 균등화된다. 따라서, 압력 응력은 극저온 용기를 둘러싸는 압력 용기에 전달된다.
또한, 최대 값이 예를 들어 100 내지 800 bar의 범위인 고압에서 가압 용기의 기계적 강도를 보장하기 위해서, 가압 용기의 온도는 바람직하게 -20℃보다 높게 운영된다.
압축 장치가 장기간에 걸쳐 유체를 저장하기 위한 것이 아니고, 액체 형태의 유체를 저장하기 위한 극저온 탱크 및 최종 저장 탱크를 포함하는 저장 시스템 내로 삽입하기 위한 것임에 주목하여야 한다. 이러한 저장 시스템에서, 압축 장치는 중간 스테이지에 상응하고, 이러한 중간 스테이지는 극저온 탱크 내에 이전에 저장되었던 극저온 액체의 일부의 증발로부터 기인하는 압축 기체를 최종 저장 탱크에 공급할 수 있게 한다. 그 후에, 압축 기체는, 예를 들어, 차량의 전기 모터에 파워를 공급하는 전기를 생성하기 위한 연료 전지를 구비하는 차량의 탱크에 공급하기 위해서 사용될 수 있다.
본 발명의 특정 실시형태에서, 기체 재가열 장치는 압력 용기의 외측에 배치된 열 교환기이다.
열 교환기는 극저온 용기로부터 추출된 기체를 압력 용기에 적합한 온도까지 재가열하기 위해서 기체/기체 또는 기체/유체 유형일 수 있다. 그러한 적합한 온도는 선택된 동작 압력에서 압력 용기가 허용할 수 있는 응력에 따라 결정될 수 있다.
열 교환기의 형상 및 유형은 추출되는 파워(power) 그리고 교환기의 유입구 및 배출구 온도에 따라 결정된다.
열 교환기에 대해서 대안적으로 또는 상보적으로, 재가열 장치는 배관 내에 삽입된 열적 저항(thermal resistance)을 포함한다. 열적 저항은 압력 용기의 내측 또는 외측에 배치될 수 있다.
본 발명의 특정 실시형태에서, 압축 장치는 액체 형태의 유체를 극저온 용기 내로 공급하기 위한 도관을 포함하고, 이러한 도관은 압력 용기의 그리고 극저온 용기의 벽을 통과하고, 균등화 장치의 배관은:
재가열 장치의 유입구의 방향으로 압력 용기 및 극저온 용기를 통과하는, 과압 기체를 추출하기 위한 도관;
압력 용기를 통과하고 압력 용기와 극저온 용기 사이에서 개방되는 균등화 도관으로서, 재가열 장치의 배출구에 연결되는, 균등화 도관을 포함한다.
본 발명의 특정 실시형태에서, 압축 장치는 또한 미리 결정된 에너지 유동으로 액체 형태의 유체를 증발시키도록 구성된 가열 장치를 극저온 용기 내에서 포함한다.
따라서, 극저온 용기로부터 추출되는 기체의 유동률(flow rate)을 증가시킬 수 있고 이러한 기체의 양을 제어할 수 있다. 용기로부터 추출되는 기체의 유동률이, 극저온 용기의 벽을 통과하는 에너지 입력의 유동의 영향 하의 극저온 액체의 자연 증발률보다 작을 수 없다는 것에 주목하여야 한다. 사실상, 극저온 용기의 절연은 가압 환경에서 이러한 에너지 입력을 최소화하도록 구성되고, 이는 극저온 용기의 내측부를 향하는 열 교량(thermal bridge)을 최소화함으로써 에너지 입력의 유동을 더 줄일 수 있게 하는 진공 용기의 사용을 배제한다. 또한, 압축 장치가 저장 시스템의 중간 스테이지에 상응하는 범위까지, 압축 장치의 극저온 용기의 절연 품질은 압축 장치의 동작에서 거의 중요하지 않다. 그럼에도 불구하고, 극저온 용기의 절연은 압력 용기 내에서 과다하게 낮은 온도를 방지하도록 구성된다.
본 발명의 특정 실시형태에서, 가열 장치는 전기 저항 및/또는 열-전달 유체의 순환을 위한 도관을 포함한다.
본 발명의 특정 실시형태에서, 압력 용기 및 극저온 용기는 동일 회전 축을 중심으로 하는 대체로 원통형 형상이다.
본 발명의 특정 실시형태에서, 압력 용기는 본질적으로 금속 재료로 형성되고, 100 내지 800 bar의 최대 내부 압력을 견디도록 구성된다.
본 발명의 특정 실시형태에서, 극저온 용기는 극저온 온도 및 유체를 견디는 절연 중실 재료(insulating solid material)의 층을 포함한다.
본 발명의 특정 실시형태에서, 절연 중실 재료는 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PTCFE)이다.
본 발명은 또한 전술한 실시형태 중 어느 하나에 따른 압축 장치를 제조하는 방법에 관한 것으로, 이러한 제조 방법은:
압력 용기를 일 단부가 폐쇄된 원통형 형상으로 성형하는 단계;
극저온 용기를 압력 용기 내에 삽입하는 단계;
액체 형태의 보호 재료를 압력 용기와 극저온 용기 사이에 삽입하는 단계 - 보호 재료는 경화됨 -;
보호 재료의 경화 후에 압력 용기의 개방 단부에 협착부(constriction)를 성형하는 단계;
보호 재료를 용해시켜 추출하는 단계;
압력 용기를 밀봉 방식으로 폐쇄하는 단계를 포함한다.
따라서, 보호 재료의 존재로 인해서, 열의 영향 하에서 열화되는 경향이 있는 재료로 본질적으로 제조되기 때문에 일반적으로 더 취약한 극저온 용기를 손상시키지 않으면서, 압축 장치의 압력 용기를 성형할 수 있다.
본 발명의 특정 구현예에서, 극저온 용기를 열 복사선으로부터 보호하기 위해서, 협착부를 성형하는 단계에 앞서서, 반사 재료를 삽입한다.
본 발명의 특정 구현예에서, 협착부를 성형하는 단계는 개방 단부를 변형시키는 것에 의해서 수행된다.
본 발명의 특정 구현예에서, 변형은 단조에 의해서 수행된다.
본 발명의 특정 구현예에서, 협착부를 성형하는 단계는 부품을 고정하는 것에 의해서 수행된다.
본 발명의 특정 구현예에서, 제조 방법은 협착부를 성형하는 단계 전에 플러그를 삽입하는 단계를 포함하고, 플러그는 압력 용기를 밀봉 방식으로 폐쇄할 수 있게 한다.
본 발명의 특정 구현예에서, 제조 방법은 압력 용기의 개방 단부의 협착부를 나사 가공하는(threading) 단계를 포함하고, 나사산은 플러그의 나사산과 피팅되도록(fit) 구성된다.
본 발명의 특정 구현예에서, 압력 용기의 성형은 단조에 의해서 수행된다.
본 발명의 특정 구현예에서, 제조 방법은 복합 재료로 제조된 외부 보강 층을 부가하는 단계를 포함한다.
유리하게, 이러한 부가 단계는 수지로 코팅된 섬유(바람직하게 탄소)의 적어도 하나의 스트립을 압력 용기 주위에 권취하는 것에 의해서 수행될 수 있다.
본 발명의 특정 구현예에서, 보호 재료는 과립형 재료 및 액체 수지의 혼합물이다.
본 발명은 또한 전술한 실시형태 중 어느 하나에 따른 압축 장치를 제조하기 위한 대안적인 방법에 관한 것으로:
압력 용기의 골격을 원통형 형상으로 성형하는 단계;
극저온 용기를 압력 용기의 골격 내에 삽입하는 단계;
수지로 코팅된 섬유의 적어도 하나의 스트립을 권취함으로써 압력 용기의 골격을 코팅하는 단계;
압력 용기를 밀봉 방식으로 폐쇄하는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한 이수소, 이산소, 이질소 또는 아르곤과 같은 유체를 저장하기 위한 시스템에 관한 것으로서:
10 bar 미만의 압력 및 -150℃ 미만의 온도에서 액체 형태의 유체를 저장하는 극저온 탱크;
극저온 탱크에 의해서 공급 받는, 전술한 실시형태 중 어느 하나에 따른 탱크 장치;
100 내지 800 bar의 최대 내부 압력을 견딜 수 있도록 구성된, 가압 기체를 저장하기 위한 저장 용기를 포함한다.
마지막으로, 본 발명은 또한 상기 저장 시스템의 극저온 탱크 내에서 액체 형태로 저장되는 유체를 압축하는 방법에 관한 것으로서:
상기 저장 시스템의 압축 장치의 극저온 용기를 극저온 온도의 액체 형태의 유체로 충진하는 단계;
극저온 탱크와 압축 장치 사이의 회로를 폐쇄하는 단계;
액체 형태의 유체를 기체로 증발시키는 단계;
극저온 용기 내의 과압 기체를 자연스럽게 그리고 연속적으로 추출하는 단계;
추출된 기체를 -20℃ 초과의 온도까지 재가열하는 단계;
재가열된 기체를 압력 용기와 극저온 용기 사이의 공간 내로 재주입하는 것에 의해서 압축 장치 내의 압력을 증가시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 특정 실시형태에서, 압축 방법은, 압축 장치 내의 압력이 미리 결정된 값보다 높을 때, 과압 기체를 전환시키는 단계를 포함하고, 전환된 기체는 저장 시스템의 가압 기체의 저장 탱크 내로 전달된다.
본 발명의 특정 실시형태에서, 압축 방법은 또한, 압축 장치의 극저온 용기를 극저온 탱크로부터 기원하는 극저온 온도의 액체 형태의 유체로 새롭게 충진하기 전에, 압축 장치의 내부 압력을 극저온 탱크의 압력보다 낮은 값으로 낮추기 위해서, 압축 장치로부터 기체의 일부를 비우는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 장점, 목적, 및 특정 특징이, 첨부 도면을 참조한, 본 발명의 장치 및 방법 대상의 적어도 하나의 특정 실시형태에 관한 이하의 비제한적인 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 압축 장치의 실시형태를 포함하는 저장 시스템의 사시도이다.
도 2는 도 1의 압축 장치의 단면도이다.
도 3은 도 1의 압축 장치를 제조하기 위한 방법의 구현 모드의 블록도이다.
도 4는 도 3의 제조 방법을 보여 주는 5개의 연속적인 도면을 포함한다.
도 5는 도 1의 시스템을 구현하는 압축 방법의 구현 모드의 블록도이다.
도 6은 도 1의 저장 시스템 내로 삽입될 수 있는 압축 장치의 다른 실시형태의 2개의 단면도를 포함한다.
도 7은 도 6의 압축 장치를 제조하기 위한 방법의 구현 모드의 블록도이다.
본 설명은 비제한적인 기반으로 제공된 것이고, 실시형태의 각각의 특징이 임의의 다른 실시형태의 임의의 다른 특징과 유리하게 조합될 수 있다.
현재, 도면들이 실제 축척이 아니라는 것에 주목하여야 한다.
특정 실시형태의 예
도 1은 본 발명에 따른 압축 장치(110)를 포함하는 저장 시스템(100)의 사시도이다.
압축 장치(110)는 액체 형태의 유체를 저장하는 극저온 탱크(120)와, 예를 들어 차량의 탱크(도 1에 미도시)에 공급하기 위해서 가압 기체 형태의 유체를 저장하는 제2 탱크(130) 사이의 중간 스테이지에 상응한다.
본 발명의 이러한 비제한적인 실시형태에서, 유체는 구동 모터가 전기인 차량의 연료 전지에 공급하기 위해서 사용되는 이수소(H2)이다. 본 발명은, 필요한 경우에 후술되는 치수 및 동작 조건을 조정하는 것에 의해서, 이질소(N2), 이산소(O2), 아르곤(Ar) 또는 메탄(CH4)과 같은 다른 유형의 유체의 저장에도 또한 적용될 수 있다.
바람직하게, 본 발명은 액체/기체 상 변화 온도가 120 K(즉 약 -150℃) 미만인 유체에 적용된다.
분명하게, 액체 형태의 유체는 이하에서 극저온 액체로 지칭되고, 기체 형태의 유체는 기체로 지칭된다.
압축 장치(110)는 한편으로 예를 들어 극저온 액체가 10 bar 및 3 K(즉, -270℃의 온도에서 저장되는 극저온 탱크(120)로부터 기원하는 극저온 액체의 증발을 허용하고, 다른 한편으로, 복잡한 기계 부품을 이용하지 않고, 획득된 기체를 300 내지 800 bar 범위의 압력으로 압축할 수 있게 한다.
이를 위해서, 압축 장치(110)의 단면도인 도 2에 더 구체적으로 도시된 바와 같이, 압축 장치(110)는 주로 내부 극저온 용기(220)에 의해서 그리고 극저온 용기(220)를 둘러싸는 외부 압력 용기(230)에 의해서 형성된 2개의 용기(210)로 구성된다. 극저온 용기(220) 및 압력 용기(230)는 동일 회전 축(235)을 중심으로 하는 대체로 원통형 형상을 갖는다.
극저온 용기(220)는 극저온 저장용기(120)로부터 도관(240)을 통해서 전달된 미리 결정된 양의 극저온 액체(225)를 포함하기 위한 것이다. 도관(240)은, 충진 페이즈(filling phase) 중에 극저온 액체의 증발을 제한하기 위해, 플러그(231 및 221)를 통해, 압력 용기(230) 및 극저온 용기(220)의 벽을 통과하고, 극저온 용기(220)의 하부 부분 내로 개방된다.
이러한 충진 페이즈 중에, 극저온 액체(225)의 일부가 초기에, 특히 극저온 용기(220)의 가열 페이즈에서, 큰 유동률로 증발하고, 이어서 극저온 용기(220)의 온도가 안정화될 때 더 작은 유동률로 증발한다. 이어서, 유동률은, 전도에 의해서, 장기간에 걸쳐 극저온 액체를 저장하도록 최적화되지 않고 단지 증발 페이즈 중에 극저온 액체(225)를 수용하도록 구성된, 극저온 용기(220)를 통과하는 에너지의 유동(Ep)에 상응한다.
극저온 액체(225)의 증발에 의해서 획득된 기체(226)는 극저온 용기(220)의 압력을 증가시키는 경향을 가질 것이다. 극저온 용기의 변형을 방지하기 위해서 그리고 압축 장치(110) 내의 압력을 증가시킬 수 있도록, 압축 장치(110)는 극저온 용기(220) 내의 챔버(210A)와, 압력 용기(230)와 극저온 용기(220) 사이의 챔버(210B) 사이의 압력을 균등화하기 위한 장치(250)를 포함한다.
압력 균등화 장치(250)는 과압 기체를 압력 용기(230)와 극저온 용기(220) 사이의 공간 내의, 즉 본원에서 챔버(210B) 내의 극저온 용기(220) 내로 전달하도록 구성된 배관을 포함하고, 이러한 공간의 체적은 극저온 용기(220)의 체적을 뺀 압력 용기(230)의 내부 체적과 같다.
유리하게, 압력 균등화 장치(250)의 배관은 극저온 용기(220)로부터 기원하는 기체를 극저온 온도보다 높은 미리 결정된 온도까지 재가열하기 위한 장치(270)를 포함한다. 예를 들어, 미리 결정된 온도는 250 K(약 -20℃), 상온, 또는 250 K와 상온 사이의 임의의 다른 온도일 수 있다.
바람직하게, 기체 재가열 장치(270)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 압력 용기(230)의 외측에 배치된 열 교환기이다. 열 교환기는 극저온 용기(220)로부터 기원하는 기체를 평균적으로 미리 결정된 온도까지 재가열할 수 있도록 구성된다. 열 교환기는 기체/기체 또는 기체/액체 유형일 수 있고, 고압을 견디도록 구성된다. 열 교환기의 장점은 압축 장치(110)의 동작의 에너지 균형에 영향을 미치지 않는다는 것이고, 기체는 열 교환기를 통해서 압축 장치(110)의 2개의 용기들 사이에서 자연스럽게 이동한다.
예를 들어, 열 교환기는 배관 주위의 돌출 핀(fin)으로 구성될 수 있거나 튜브 교환기와 같이 압력을 견딜 수 있는 더 복잡한 형상을 가질 수 있다.
대안적으로 또는 상보적으로, 기체 재가열 장치(270)는 가열 저항일 수 있다.
압력 균등화 장치(250)의 배관은 과압 기체를 추출하여, 압력 용기(230) 및 극저온 용기(220)를 통해서 기체 재가열 장치(270)의 유입구의 방향으로 전달하기 위한 덕트(251)를 포함한다.
압력 균등화 장치(250)의 배관은 또한, 극저온 용기(220)로부터 추출된 기체를 챔버(210B)로 복귀시킬 수 있는 균등화 도관(252)을 포함한다. 이를 위해서, 균등화 도관(252)은 기체 재가열 장치(270)의 배출구에 연결되고, 압력 용기(230)를 통과하며, 압력 용기(230)와 극저온 용기(220) 사이에서 개방된다.
따라서, 챔버(210B)는 250 K 범위의 온도에서 압력 하에서 기체를 저장하는 반면, 챔버(210A)는 극저온 온도에서 유체를 저장한다.
극저온 용기(220) 내의 극저온 액체의 증발 유동은, 최대로, 벽을 통과하는 열 에너지의 유동(Ep)에 상응한다. 증발 유동은 예를 들어 극저온 용기(220) 내에 삽입된 가열 장치(280)에 의해서 수행되는 에너지 입력에 의해서 증가될 수 있다. 자동으로 또는 조작자에 의해서 수동으로 변경될 수 있는 이러한 에너지 입력은 극저온 액체의 증발 유동을 조정할 수 있게 한다.
예를 들어, 가열 장치(280)는 전기 저항 및/또는 열-전달 유체의 순환을 위한 도관으로 구성될 수 있다.
압력 용기(230)는 본질적으로 금속 재료로 형성되고, 그에 의해서 용기의 구성이 800 bar 범위의 최대 내부 압력을 견딜 수 있게 한다.
이어서, 극저온 용기(220)는, 본 발명의 이러한 비제한적인 예에서, 극저온 온도를 견디는 절연 중실 재료로 본질적으로 형성된다. 유리하게, 극저온 용기(220)를 위해서 사용되는 절연 중실 재료는 수용 유체에 대해서 비활성적이다.
여기서, 사용되는 절연 중실 재료는, 극저온 온도에 대한 재료의 절연 및 저항성 측면에서 우수한 기계적 특성을 부여하는 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PTCFE)이다.
그럼에도 불구하고, 이러한 절연 재료로 형성된 극저온 용기(220)는, 내부 압력이 외부 압력에 비해서 5 또는 10 bar만큼 더 높을 때, 열화되는 경향을 갖는다는 것에 주목하여야 한다. 따라서, 그 주요 역할은, 극저온 액체의 증발에 의해서 생성되는 기체의 양을 최적으로 조정하기 위해서 열적 손실을 최소화하면서, 극저온 액체의 증발로부터 기인하는 기체의 등체적(isochoric) 압축의 페이즈 중에, 극저온 탱크(120)로부터 기원하는 극저온 액체를 일시적으로 저장하는데 적합한 컨테이너를 제공하는 것이다.
압축 장치(110)에서 목표 압력에 도달하면, 밸브(290)를 개방하여 가압 기체를 저장 탱크(130) 내로 전달한다.
유리하게, 압축 장치(110)를 비우기 위한 밸브(295)가 회로 내에 포함되어, 압축 장치(110)의 극저온 용기(220)를 극저온 탱크(120)로부터 기원하는 극저온 액체로 새롭게 충진하기 전에, 압축 장치(110)의 내부 압력을 극저온 저장용기(120)의 압력보다 낮은 값까지 낮출 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 압축 장치(110)를 제조하기 위한 방법(300)의 구현예의 블록도이다. 도 4는 압축 장치(110)의 제조의 진행을 개략적인 형태로 도시한다.
제조 방법(300)은 압력 용기(230)를 일 단부(410)가 폐쇄된 대체로 세장형 실린더(longilineal cylinder)(400)의 형상으로 성형하는 제1 단계(310)를 포함하고, 다른 개방 단부(420)는 초기에 직선형으로 유지되어, 도 4의 하위-도면 a)에 의해서 도시된 바와 같이, 제조 방법(300)의 제2 단계(320) 중에 극저온 용기(220)를 삽입할 수 있게 한다. 성형하는 제1 단계(310)는 예를 들어 프레스에 의해서 변형된 파이프 또는 디스크로부터 시작하는 통상적인 보일러 제조 기술에 의해서 수행될 수 있다.
극저온 용기(220)를 유지하고 보호하기 위해서, 도 4의 하위-도면 b)에 도시된 바와 같이, 보호 재료(430)가 제3 제조 단계(330) 중에 액체 형태로 압력 용기(230)와 극저온 용기(220) 사이의 챔버(210B) 내로 삽입된다. 예를 들어 수지 및 모래와 같은 과립형 재료의 혼합물인 보호 재료가 챔버(210B) 내로의 삽입 후에 경화될 것이다.
이를 위해서, 보호 재료는 유동화하기 전에 가열되었을 수 있고, 그에 의해서 챔버(210B) 내로의 삽입을 가능하게 할 수 있다. 그 냉각 시에, 보호 재료는 챔버(210B)의 형상과 매칭되게 경화될 것이다.
도 4의 하위-도면 c)에 의해서 도시된 바와 같이, 보호 재료가 경화된 후에, 제조 방법(300)의 제4 단계(340) 중에, 압력 용기(230)의 개방 단부(420)의 협착부(440)의 성형이 이어서 수행된다.
이러한 성형은 예를 들어 단조 기술에 의한 개방 단부(420)의 변형에 의해서, 또는 적절한 형상의 상보적인 부분을 고정하는 것에 의해서 수행될 수 있다. 상보적인 부분을 고정하는 것은 브레이징 또는 용접에 의해서 수행될 수 있다.
그 둘 모두 경우에, 압력 용기(230)는 극저온 용기(220)를 비가역적으로 손상시키기에 충분하게 높은 온도까지 국소적으로 가열된다. 그럼에도 불구하고, 단계(330) 중의 보호 재료의 사전 삽입은 가압되는 외장(230)의 개방 단부의 협착부를 성형하는 단계(340) 중에 극저온 용기(220)의 온도 상승을 최소화할 수 있게 한다.
압력 용기(230)를 성형하기 위해서 이용되는 파이프의 두께가 일반적으로 "스케줄 160(schedule 160)" 유형에 의해서 규정되는 두께에 상응하고, 그에 따라 두께와 직경 사이의 비율은 700 내지 800 bar의 공칭 압력으로 인한 기계적 응력을 견딜 수 있을 정도로 충분히 크다는 것에 주목하여야 한다. 단조 작업에 더 적합한, 예를 들어 "스케줄 80"과 같은, 더 얇은 두께의 파이프를 이용할 수 있게 하기 위해서, 복합 재료의 외부 층(460)을 부가하는 것에 의한 보강이 작업 단계(345) 중에 고려될 수 있다. 도 4의 하위-도면 e)에 도시된 바와 같이, 복합 재료의 외부 층(460)은 예를 들어 수지로 코팅된 탄소 섬유의 적어도 하나의 스트립(465)을 권취하는 것에 의해서 만들어 질 수 있다.
보호 재료에 대해서 상보적으로 또는 대안적으로, 극저온 용기(220)를 성형 단계 중에 유도되는 열 복사선으로부터 보호하기 위해서, 스크린과 같은 반사 재료가 성형 단계(340) 전에 삽입될 수 있다.
그 후에, 보호 재료(430)는 제조 방법(300)의 제5 단계(350) 중에 용해되고 압축 장치(110)로부터 추출된다.
압축 장치(110)는, 도 4의 하위-도면 d)에 도시된 바와 같이, 제조 방법(300)의 제6 단계(360) 중에 가압된 용기(230)를 밀봉 방식으로 폐쇄하는 것에 의해서 완성된다.
바람직하게, 압력 용기를 폐쇄할 수 있는 절두원추형 형상을 갖는 플러그(450)가 제조 방법(300)의 선택적 단계(325) 중에 협착부(440) 성형 단계(340) 전에, 예를 들어 극저온 용기(220)의 삽입 직후에 삽입된다. 플러그(450)는, 미리 형성된, 개방 단부(420)의 협착부(440)의 나사산과 상보적으로 나사 가공된다.
대안적으로, 원통형 형상의 플러그가 협착부(440) 내로 삽입되고 용접 또는 브레이징 기술에 의해서 협착부에 고정된다. 이러한 경우, 보호 재료(430)는 유리하게 유지되고, 제조 방법의 단계(350) 및 단계(360)가 반전될 수 있다.
사실상, 그 둘 모두의 경우에, 플러그는, 상이한 도관들(240, 251 및 252)이 이전에 설치된 케이블-그랜드(cable-gland)를 통과할 수 있도록 바람직하게 나사 가공된, 개방-관통 홀을 갖는다는 것에 주목하여야 한다. 따라서, 보호 재료(430)는 균등화 도관(252)을 위해서 제공된 개방-관통 홀을 통해서 챔버(210B)로부터 추출될 수 있다.
극저온 용기(220)는, 도관(240 및 251)이 각각의 용기의 플러그(221 및 450)를 통과할 때 이들을 밀봉 가능하게 조이는 케이블-그랜드를 통해서 압력 용기(230) 내의 제 위치에서 유지된다.
도 5는 극저온 탱크(120) 내에서 극저온 액체 형태로 저장되는 유체를 압축하기 위한 방법(500)의 구현 모드의 개략도를 도시한다.
압축 방법(500)은 압축 장치(110)의 극저온 용기(220)를 공급 도관(240)을 통해서 극저온 액체로 충진하는 제1 단계(510)를 포함한다.
그 후에, 극저온 저장용기(120)와 압축 장치(110) 사이의 공급 도관(240)은 압축 방법(500)의 제2 단계(520) 중에 밸브(296)의 작동에 의해서 폐쇄된다.
극저온 액체는 압축 방법(500)의 제3 단계(530) 중에 극저온 용기 내에서 증발된다. 이러한 증발은, 바람직하게 극저온 액체 내에 잠기는 가열 장치(280)를 통해서 에너지 입력을 부가하는 것에 의해서 증가될 수 있다.
그 후에, 극저온 용기(220) 내의 극저온 액체 위의 과압 기체가 압축 방법(500)의 제4 단계(540) 중에 추출 도관(251)을 통해서 극저온 용기(220)로부터 추출된다.
추출된 기체는, 압축 방법(500)의 제6 단계(560) 중에 압력 용기(230) 내로, 더 구체적으로 압력 용기(230)와 극저온 용기(220) 사이에 포함되는 챔버(210B) 내로 재주입되기 전에, 제5 단계(550) 중에 250K(약 -20℃에 가까운 또는 그 초과의 온도까지 재가열된다.
기체의 재주입은 압축 장치(110) 내의 압력 증가에 기여하고, 압축은 등체적적으로 수행된다.
과압 기체의 추출 및 압력 용기(230) 내로의 기체의 재주입이 자연스럽게 그리고 연속적으로 수행되고, 기체의 압력은 압축 장치(110) 내에서 균등화되는 경향이 있다는 것에 주목하여야 한다. 더 구체적으로, 압력의 자연적인 균등화는 압축 장치(110)의 2개의 챔버들(210) 사이에서 연속적으로 수행되고, 이러한 균등화는 재주입 전에 재가열되는 기체의 전달을 초래한다.
목표 압력에 도달할 때, 사용을 위해 기체 저장 탱크(130)를 충진하기 위해서, 과압 기체의 일부가 압축 방법(500)의 제7 단계(570) 중에 밸브(290)의 개방에 의해서 전환된다.
기체가 재가열 장치(270)를 통과한 후에 균등화 장치(250)의 회로 내에서 우회가 유리하게 수행될 수 있다는 것에 주목하여야 한다. 대안적으로, 기체는 재가열 장치(270)의 상류로 전환된다. 이러한 경우, 보조 가열 장치가 바람직하게, 균등화 장치(250)의 우회부를 저장 탱크(130)에 연결하는 파이프에 설치된다.
방법(500)은 또한, 압축 장치(110)의 내부 압력을 극저온 저장용기(120)의 압력보다 낮은 값으로 낮추기 위해서, 기체의 일부를 압축 장치(110)로부터 비우는 단계(580)를 포함할 수 있다. 이어서, 방법(500)이 다시 시작될 수 있다.
본 발명의 이러한 비제한적인 예에서, 극저온 탱크(120)는 3,000 내지 10,000 리터 범위의 체적을 갖는다. 이어서, 극저온 용기(220)의 체적은 100 내지 300 리터의 범위이다. 일반적으로, 큰 압축비를 제공하기 위해서, 챔버(210B)의 체적은 극저온 용기(220)의 체적 보다 2배 내지 5배 더 크고, 바람직하게 3배 더 크다. 사실상, 기체의 체적 질량이 일반적으로 액체의 체적 질량보다 1000배 더 작고, 결과적으로 주어진 체적 내의 액체의 증발은 압력의 자연적인 증가로 이어지며, 이러한 압력 증가는 여기에서 한편으로 압력 용기(230)의 존재로 인해서 그리고 다른 한편으로 균등화 회로로 인해서 이루어 질 수 있고, 균등화 회로는 기체를 재가열하는 동안 기체를 압축 장치(110)의 2개의 외장들(210) 사이에서 전달할 수 있게 하고 그에 따라 압력 용기(230)의 기계적 강도의 열화를 방지할 수 있게 한다는 것에 주목하여야 한다.
일반적으로, 저장용기(130)의 체적은 챔버(210B)의 체적보다 3배 더 크고, 예를 들어 챔버(210B)의 체적과 동일한 체적을 갖는 3개의 하위-탱크로 구성된다. 이러한 3개의 하위-탱크는 상이한 하위-회로들 내에 있을 수 있고, 그에 따라 이러한 하위-탱크들은 개별적으로 충진되거나 비워질 수 있다.
다른 예시적인 실시형태
도 6은 도 7의 블록도에 도시된 대안적인 제조 방법(700)에 따라 제조된 본 발명에 따른 압축 장치(600)의 다른 예를 도시한다.
도 6의 하위-도면 a)에 도시된 바와 같이, 제조 방법(300) 중에 사용되는 파이프 대신, 압력 용기(630)가 대체로 원통형 형상의 금속 골격(631)으로 구성된다는 점에서, 압축 장치(600)는 이전의 실시형태의 압축 장치(100)와 상이하다. 금속 구조물(631)은, 도 6의 하위-도면 b)에 도시된 바와 같이, 압력을 유지하는 복합 재료로 제조된 외부 층(632)에 의해서 랩핑된다(wrapped).
유리하게, 압축 장치(600)의 극저온 용기(620)는, 압축 장치(600)의 제조 중에 극저온 용기(620)를 유지할 수 있게 하는 복수의 다리부(621)를 포함할 수 있다.
따라서, 제조 방법(700)은, 금속 골격(631)이 제조될 때 상류에 배치되거나 삽입될 수 있는 극저온 용기(620)를 둘러싸는 금속 골격(631)을 제조하는 제1 단계(710)를 포함한다.
그 후에, 압력 용기(630)의 골격(631)은 외부 층(632)을 형성하기 위해서 수지로 추후에 코팅되는 탄소 섬유의 적어도 하나의 스트립에 의해서 랩핑된다. 외부 층(632)의 두께는 700 내지 800 bar의 정격 압력으로 인한 기계적 응력을 견디도록 구성된다. 기계적 응력을 해결하는 임의의 다른 유형의 복합 재료가 당업자에 의해서 고려될 수 있다는 것에 주목하여야 한다.
그 후에, 압력 용기(630)는, 제조 방법(300)과 유사한 방식으로, 제3 단계(730) 중에 플러그(650)에 의해서 폐쇄될 수 있고, 플러그(650)는 골격(631) 내에 미리 삽입되었다.
전술한 실시형태의 다른 요소들은 동일하다.

Claims (23)

  1. 이수소, 이산소, 이질소 또는 아르곤과 같은 유체를 압축하기 위한 장치(110; 600)에 있어서:
    · 극저온 용기(220; 620) - 극저온 온도에서의 액체 형태의 유체, 및 극저온 용기 내의 액체의 증발로부터 기원하는 기체 형태의 유체를 수용할 수 있음 -;
    · 내부 압력을 견디도록 구성된, 상기 극저온 용기를 둘러싸는 압력 용기(230; 630);
    · 상기 극저온 용기의 내측부와 상기 압력 용기의 내측부 사이의 압력을 균등화하기 위한 균등화 장치(250) - 상기 균등화 장치는 상기 압력 용기와 상기 극저온 용기 사이의 공간 내에서 과압 기체를 극저온 용기 내로 전달하도록 구성된 배관을 포함하고, 상기 배관은 상기 극저온 용기로부터 기원하는 과압 기체를, 상기 극저온 온도보다 높은 미리 결정된 온도까지 재가열하기 위한 장치(270)를 포함함 -
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 압축 장치.
  2. 제1항에 있어서, 가스 재가열 장치는 상기 압력 용기의 외측에 배치된 열 교환기인, 압축 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 액체 형태의 유체를 상기 극저온 용기 내로 공급하기 위한 도관(240)을 포함하고, 상기 도관은 상기 압력 용기의 그리고 상기 극저온 용기의 벽을 통과하고, 상기 균등화 장치의 배관은:
    · 상기 재가열 장치의 유입구의 방향으로 상기 압력 용기 및 극저온 용기를 통과하는, 과압 기체를 추출하기 위한 도관(251);
    · 상기 압력 용기를 통과하고 상기 압력 용기와 상기 극저온 용기 사이에서 개방되는 균등화 도관(252)으로서, 상기 재가열 장치의 배출구에 연결되는, 균등화 도관(252)을 포함하는, 압축 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 미리 결정된 에너지 유동으로 액체 형태의 유체를 증발시키도록 구성된, 상기 극저온 용기 내의 가열 장치(280)를 또한 포함하는, 압축 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 가열 장치는 전기 저항 및/또는 열-전달 유체의 순환을 위한 도관을 포함하는, 압축 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압력 용기 및 극저온 용기는 동일 회전 축을 중심으로 하는 대체로 원통형 형상인, 압축 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압력 용기는 본질적으로 금속 재료로 형성되고, 100 내지 800 bar의 최대 내부 압력을 견디도록 구성되는, 압축 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 극저온 용기는 극저온 온도 및 유체를 견디는 절연 중실 재료의 층을 포함하는, 압축 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 절연 중실 재료가 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PTCFE)인, 압축 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 압축 장치(110)를 제조하는 방법(300)에 있어서:
    · 상기 압력 용기를 일 단부가 폐쇄된 원통형 형상으로 성형하는 단계(310);
    · 상기 극저온 용기를 상기 압력 용기 내에 삽입하는 단계(320);
    · 액체 형태의 보호 재료(430)를 상기 압력 용기와 상기 극저온 용기 사이에 삽입하는 단계(330) - 상기 보호 재료는 경화됨 -;
    · 상기 보호 재료의 경화 후에 상기 압력 용기의 개방 단부(420)에 협착부(440)를 성형하는 단계(340);
    · 상기 보호 재료를 용해시켜 추출하는 단계;
    · 상기 압력 용기를 밀봉 방식으로 폐쇄하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 극저온 용기를 열 복사선으로부터 보호하기 위해서, 상기 협착부를 성형하는 단계에 앞서서, 반사 재료를 삽입하는, 제조 방법.
  12. 제10항 또는 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 협착부를 성형하는 단계는 상기 개방 단부를 변형시키는 것에 의해서 수행되는, 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 변형이 단조에 의해서 수행되는, 제조 방법.
  14. 제10항 또는 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 협착부를 성형하는 단계는 부품을 고정하는 것에 의해서 수행되는, 제조 방법.
  15. 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 협착부를 성형하는 단계 전에 플러그를 삽입하는 단계를 또한 포함하고, 상기 플러그는 상기 압력 용기를 밀봉 방식으로 폐쇄할 수 있게 하는, 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 압력 용기의 개방 단부의 협착부를 나사 가공하는 단계를 또한 포함하고, 나사산은 플러그의 나사산과 피팅되도록 구성되는, 제조 방법.
  17. 제10항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 복합 재료로 제조된 외부 보강 층을 부가하는 단계를 포함하는, 제조 방법.
  18. 제10항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보호 재료는 과립형 재료 및 액체 수지의 혼합물인, 제조 방법.
  19. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 압축 장치(600)를 제조하는 방법(700)에 있어서:
    ·상기 압력 용기의 골격(631)을 원통형 형상으로 성형하는 단계(710);
    ·상기 극저온 용기를 상기 압력 용기의 골격 내에 삽입하는 단계;
    ·수지로 코팅된 섬유의 적어도 하나의 스트립(640)을 권취함으로써 압력 용기의 골격을 코팅하는 단계(720);
    ·상기 압력 용기를 밀봉 방식으로 폐쇄하는 단계(730)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  20. 이수소, 이산소, 이질소 또는 아르곤과 같은 유체를 저장하기 위한 시스템(100)이며:
    · 10 bar 미만의 압력 및 -150℃ 미만의 온도에서 액체 형태의 유체를 저장하는 극저온 탱크(120);
    · 상기 극저온 탱크에 의해서 공급 받는, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 탱크 장치(110);
    · 100 내지 800 bar의 최대 내부 압력을 견딜 수 있도록 구성된, 가압 기체를 저장하기 위한 저장용기(130)를 포함하는, 시스템.
  21. 제20항에 따른 저장 시스템의 극저온 탱크 내에서 액체 형태로 저장되는 유체를 압축하는 방법(500)이며:
    · 상기 저장 시스템의 압축 장치의 극저온 용기를 극저온 온도의 액체 형태의 유체로 충진하는 단계(510);
    · 상기 극저온 탱크와 상기 압축 장치 사이의 회로를 폐쇄하는 단계(520);
    · 상기 액체 형태의 유체를 기체로 증발시키는 단계(530);
    · 상기 극저온 용기 내의 과압 기체를 추출하는 단계(540);
    · 상기 추출된 기체를 -20℃ 초과의 온도까지 재가열하는 단계(550);
    · 상기 재가열된 기체를 상기 압력 용기와 상기 극저온 용기 사이의 공간 내로 재주입하는 것에 의해서 상기 압축 장치 내의 압력을 증가시키는 단계(560)를 포함하는, 압축 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 압축 장치 내의 압력이 미리 결정된 값보다 높을 때, 상기 과압 기체를 전환시키는 단계(570)를 또한 포함하고, 상기 전환된 기체는 상기 저장 시스템의 가압 기체의 저장 탱크 내로 전달되는, 압축 방법.
  23. 제21항 또는 제22항에 있어서, 상기 압축 장치의 극저온 용기를 상기 극저온 탱크로부터 기원하는 극저온 온도의 액체 형태의 유체로 새롭게 충진하기 전에, 상기 압축 장치의 내부 압력을 상기 극저온 탱크의 압력보다 낮은 값으로 낮추기 위해서, 상기 압축 장치로부터 기체의 일부를 비우는 단계(580)를 또한 포함하는, 압축 방법.
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DE19544593C5 (de) * 1995-11-30 2006-03-09 Air Liquide Deutschland Gmbh Vakuumisolierter Kryobehälter
US6430938B1 (en) * 2001-10-18 2002-08-13 Praxair Technology, Inc. Cryogenic vessel system with pulse tube refrigeration
US20140026597A1 (en) * 2010-09-30 2014-01-30 Michael Jay Epstein Fuel storage system
US9752728B2 (en) * 2012-12-20 2017-09-05 General Electric Company Cryogenic tank assembly
FR3033874B1 (fr) * 2015-03-20 2018-11-09 Gaztransport Et Technigaz Procede de refroidissement d'un gaz liquefie
EP3181986A1 (en) * 2015-12-17 2017-06-21 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Mitigating lng boiloff by application of peltier cooling
FR3089600B1 (fr) * 2018-12-06 2021-03-19 Air Liquide Réservoir de stockage de fluide cryogénique

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