KR20240035494A - 액체 수소를 위한 격납 시스템 - Google Patents

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KR20240035494A
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아룰마니 아루나찰람
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쉘 인터내셔날 리써취 마트샤피지 비.브이.
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Abstract

본 발명은 격납 공간(2)을 형성하는 하나 이상의 벽을 포함하는, 액체 수소(3)를 저장하기 위한 격납 시스템에 관한 것이다. 하나 이상의 벽 중 적어도 하나는 내부 배리어 층(11), 외부 배리어 층(12), 및 제1 배리어 층(11)과 제2 배리어 층(12)을 분리하고, 이에 의해 내부 및 외부 배리어 층(11, 12)의 사이에 진공 층(13)을 위한 공간을 생성하도록 내부 배리어 층(11)과 외부 배리어 층(12) 사이에 배치되는 하나 이상의 스페이서 요소(14)를 포함한다. 외부 배리어 층(12)은 영하 150℃ 미만의 온도를 갖는 극저온 아이스로 제조된다.

Description

액체 수소를 위한 격납 시스템
본 발명은 액체 수소를 저장 및/또는 운송하기 위한 격납 시스템에 관한 것이다. 추가로, 본 발명은 그러한 격납 시스템을 제조하는 방법에 관한 것이다. 격납 시스템은 액체 수소 공급 체인에서의 육상(on-shore) 및 해상(marine) 적용을 포함하는, 액체 수소의 저장 및/또는 운송을 위해 사용될 수 있다.
수소는 정유, 비료 산업 및 여러 다른 화학 프로세스에서 사용되는 중요한 산업 가스이다. 특히 운송 분야에서, 수소가 에너지 운반체(energy carrier)로서 부가적으로 유의한 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다. 수소는 추가로 친환경 전기(예를 들어, 풍력 또는 태양광 발전을 사용하여 생성된 전기)의 사용의 결과로서 전기 그리드에서 발생하는 간헐성 이슈를 처리하기 위해 에너지 버퍼로서 그것을 사용함으로써 에너지 저장 매체로서의 역할을 수행할 것으로 기대된다.
부피 이득으로 인해, 가스상 수소는 적합하게 액화되고 이어서 추후의 사용 또는 분배를 위해 저장될 수 있다. 액화된 수소의 저장은 격납 시스템에서 행해질 수 있다. 격납 시스템은 육상 또는 해양(off-shore) 격납 시스템일 수 있다. 분배는 (해상 운송을 위한) 선박/탱커 또는 트럭 상에 하나 이상의 격납 시스템을 제공함으로써 행해질 수 있다.
수소를 액화시키기 위해서, 수소는 비등 온도까지 냉각될 필요가 있다. 대기압에서의 수소에 대해, 이는 대략 영하 253℃ 이다. 이러한 비교적 차가운 온도는 액체 수소를 수용하기에 적합하도록 격납 시스템에 대한 특정 요건을 도입한다.
사용되는 재료는 액체 수소를 보유하기 위해 그러한 극저온 온도에서 충분히 강할 필요가 있다. 바람직하게는, 격납 시스템은 액체 수소가 누출되는 것을 허용하지 않는다. 격납 시스템은 바람직하게는 액체 수소의 안전하고 신뢰성있는 저장을 제공하기에 충분한 구조적 강도를 갖는다. (예를 들어, 주위로부터) 극저온 온도까지 격납 시스템을 냉각시킬 때, 재료 수축으로 인한 열 균열은 회피되어야 한다.
효율적인 저장을 위해, 극저온 격납 시스템에 저장된 액체 수소의 온도가 로딩된(loaded) 온도에 가깝게 유지되는 것이 요구된다. 격납 시스템 내로의 열 유입은 수용(carry)된 액체 수소의 비등(boiling off)으로 이어질 것이고, 생성된 가스상 수소(증발 가스(boil off gas) - BOG)는 제거되지 않는다면 격납 시스템에서 압력을 증가시킬 것이다. BOG를 관리하기 위한 수단은 BOG를 재액화시키기 위한 수단을 포함할 수 있고, 그에 따라 그것은 재삽입될 수 있다. 그러나, 재액화는 유의한 양의 전력 및 장비를 필요로 한다.
따라서, 양호하게 단열되는 격납 시스템을 제공함으로써 열 유입 및 이에 의해 BOG를 감소시키는 것이 바람직하다.
열 유입은 단열을 증가시키기 위해 여러 개의 상이한 층으로 격납 시스템의 벽을 형성함으로써 감소될 수 있다.
US 3 267 685는 그 중에서도 다음을 포함하는 저온에서 액체를 저장하기 위한 용기를 개시한다: 강성 외부 쉘; 상기 외부 쉘을 라이닝하는 열적 단열 재료; 상기 열적 단열 재료를 라이닝하는 복수의 액체 불투과성 멤브레인; 및 멤브레인의 부분과 밀봉 결합하는 실란트 재료를 포함하는 동결된 시일 구조체(frozen seal structure). 실란트 재료는 물일 수 있다. 액체 수소의 저장은 언급되지 않는다.
US 2017/0030520 A1 은 (LNG와 같은) 액체를 수용하는 용기를 위한 벽 구조체를 제조하는 방법을 개시하며, 방법은, 벽 구조체의 공동 내로 복합 유체를 붓는 단계; 및 공동 내에서 복합 유체를 동결시켜 벽 구조체 내에 복합 층을 형성하는 단계를 포함한다. 복합 유체는 물을 포함할 수 있다. 액체 수소의 저장은 언급되지 않는다. 또한, 극저온 아이스의 진공 강화 특성(vacuum enhancing property)은 언급되지 않는다.
KR 2010 0022201은 LNG 운반선(LNG carrier) 화물을 위한 단열 구조체를 개시한다.
US 3 136 135는 LNG, 메탄, 에탄, 에틸렌 및 이의 혼합물과 같은 저온 액체 화물의 운송을 위한 탱커를 개시한다.
WO2019/122757은 액체 수소와 같은 액체를 저장하기 위한 탱크를 설명하고, 중공 유리 미소구체(microsphere)가 사용된다.
다른 간행물, 예컨대 문헌[GLASS BUBBLES INSULATION FOR LIQUID HYDROGEN STORAGE TANKS, by J.P. Sass e.a. (2009)(https://www.techapps.com/hs-fs/hub/165629/file-18313642-pdf/documents/technical_paper_glass_bubbles_insulation_for_liquid_hydrogen_storage_tanks.pdf) 및 RESEARCH AND DEVELOPMENT HISTORY OF GLASS BUBBLES BULK-FILL THERMAL INSULATION SYSTEMS FOR LARGE-SCALE CRYOGENIC LIQUID HYDROGEN STORAGE TANKS, by J. Fesmire, CryoTestLab, NASA/KSC(09/2017)(https://ntrs.nasa.gov/citations/20180006604)]은 또한 유리 버블의 사용을 언급한다.
CN201120842는 액체 수소 연료 탱크를 설명한다. 탱크 벽은 진공 열적 단열 층이 형성되는 여러개의 층에 의해 형성된다.
진공 층을 생성하는 것은 그 자체의 어려움이 따른다. 격납 시스템의 층 사이에 고레벨 진공 층을 생성하는 것은 시간이 소모되는 프로세스이다. 대규모 극저온 격납 시스템의 맥락에서, 진공을 생성하는 것은 몇일이 걸릴 수 있다. 이슈 중 하나는 진공 층을 대면하는 층로부터의 재료의 가스 배출(outgassing)이다. 이는 심지어 진공 층에서 소량의 가스도 열을 전도하기 때문에, 단열 목적을 위한 진공의 생성 및 유지 관리에 어려움을 생성한다.
따라서, 액체 수소를 저장하기 위한 개선된 격납 시스템을 제공하는 것이 목적이다.
본 발명은 액체 수소(3)를 저장하기 위한 격납 시스템(1)을 제공하며, 격납 시스템(1)은 액체 수소(3)를 보유하기 위한 격납 공간(2)을 형성하는 하나 이상의 벽을 포함하고, 격납 공간(2)은 액체 수소(3)를 수용하고,
하나 이상의 벽 중 적어도 하나는 내부 배리어 층(11), 외부 배리어 층(12), 및 내부 및 외부 배리어 층(11, 12)을 분리하고, 이에 의해 내부 및 외부 배리어 층(11, 12)의 사이에 진공 층(13)을 위한 공간을 생성하도록 내부 배리어 층(11)과 외부 배리어 층(12) 사이에 배치되는 하나 이상의 스페이서 요소(14)를 포함하고,
외부 배리어 층(12)은 영하 150℃ 미만의 온도를 갖는 극저온 아이스로 제조되고,
진공 층(13)은 0.01Pa 미만의 압력을 갖는다.
이와 관련하여, US 3 267 685와 같은 상기 언급된 종래 기술 문헌은 액체 수소의 저장을 언급하지 않고/않거나 본 발명에 따른 외부 배리어 층에 사용되는 극저온 아이스의 진공 강화 특성을 인식하지 못한다는 것에 주목한다.
극저온 아이스(영하 150℃ 미만의 온도에서 동결된 물)로 제조된 외부 배리어 층의 사용의 이점은 극저온 온도에서 아이스 증기압이 매우 낮기 때문에 가스 배출의 문제를 극복한다. 이는 진공 층에서 저압의 생성 및 유지 관리를 용이하게 한다. 액체 수소의 로딩 및 존재는 심지어 진공을 개선시킬 것이다. 이는 놀라울 정도로 간단한 방식으로 신뢰성있는 진공을 달성하고 유지하는 매우 경제적인 방식을 허용한다.
용어 진공 층은 낮은 압력(즉, 주위 압력 보다 훨씬 아래임)을 갖는 층을 지칭하는 데 사용된다. 진공 층(Pvac)에서의 압력은 바람직하게는 0.01Pa(Pvac < 0.01Pa) 미만, 더 바람직하게는 0.001Pa(Pvac < 0.001Pa) 미만이다.
용어 아이스는 고체 상태로 동결된 물(H2O)을 지칭한다. 아이스는 공기의 일부 불순물 또는 버블을 포함할 수 있지만, 그러한 공기의 불순물 또는 버블이 단열을 손상시키기 때문에, 이는 바람직하게는 최소화된다.
격납 시스템이 액체 수소 유체로 충전되는 경우, 아이스의 온도는 상대적으로 낮아질 것이다. 따라서, 그러한 경우에 아이스는 또한 극저온 아이스로서 지칭될 수 있다.
내부 및/또는 외부 배리어 층은 적어도 부분적으로 아이스로 제조된다. 아이스로 제조된 내부 및 외부 배리어 층의 파트는, 예를 들어 구성적 이유(예를 들어, 내부 및 외부 배리어 층의 상단 파트)로 또는 특정 기능적 이유, 예를 들어 맨홀, 통기 유입구/유출구, 유체 유입구/유출구 등을 생성하기 위해, 다른 재료에 의해 형성될 수 있다.
아이스로 적어도 부분적으로 제조된 내부 및 외부 배리어 층은 진공 층을 직접 대면하고, 선택적으로, 격납 공간을 직접 대면하는, 내부 배리어 층을 위한 외부 표면을 갖는다. 용어 직접 대면하는은 아이스가, 적절하다면 진공 층 또는 격납 공간에 노출된다는 것을 나타내기 위해 사용된다.
아이스는 낮은 밀도를 갖는 액체 수소를 서포트(support)하기에 적합한 극저온 온도에서 구조적인 특성을 갖는다. 극저온 온도에서, 아이스는 5 MPa 초과의 압축 강도, 및 1 MPa 초과의 인장 강도를 갖는다. 또한, 극저온 온도에서의 아이스의 열전도도(3.4 내지 5 W/mK)는 진공 공간이 극저온으로 건조되고 단열 충전제(유리 버블)가 첨가되기 전의 아이스 배리어의 효과적인 냉각에 적절하다.
용어 ' 극저온’은 본 문서 전반에 걸쳐 영하 150℃ 미만, 영하 200℃ 미만, 또는 심지어 영하 250℃ 미만의 온도를 지칭하는 데 사용된다.
바람직하게는, 외부 배리어 층(12)은 영하 150℃ 미만의 온도에서 유지된다. 이는 진공 층(13)에서 진공이 최적으로 유지되고, 이에 의해 진공 층(13)에서 효과적인 단열 레벨을 생성한다는 이점을 갖는다.
격납 공간은, 수직 또는 수평인 원통형 본체 축을 갖는 원통형, 구형 및 입방체를 포함하는 임의의 적합한 형상을 가질 수 있다. 격납 공간의 형상에 따라, 적합한 형상의 하나 이상의 벽이 제공될 수 있다. 예를 들어, 입방체 형상에 대해, 4개의 측면 벽, 바닥 벽 및 상단 벽이 제공될 수 있는 반면, 구형 탱크에 대해, 단지 하나의 구형 벽 또는 서로의 상단에 위치설정된 2개의 반구형 벽이 사용될 수 있다.
격납 시스템은 하나 이상의 통기 유입구/유출구(31)를 포함할 수 있다. 통기 유입구/유출구는 각각 오프-로딩 및 로딩 동안 격납 공간에 BOG가 축적되는 것을 예방하고 격납 공간 내외로 가스의 증발 및 보충(make up)을 허용하도록 제공된다.
격납 시스템은 하나 이상의 유체 유입구/유출구(41)를 포함할 수 있다. 유체 유입구/유출구는 조합될 수 있지만, 대안적으로 별개의 유체 유입구(들) 및 유체 유출구(들)에 의해 제공될 수 있다.
유체 유입구는 저장 탱크 또는 액화 트레인과 같은 액체 공급부에 연결되거나 연결 가능하다.
유체 유출구는 바람직하게는 격납 공간 외측에 위치된 배출 펌프에 연결되거나 연결 가능하다. 배출 펌프는 바람직하게는 이덕터 시스템(eductor system)이며, 이러한 시스템은 탱크 파이핑 구조체 내에 또는 이에 가까이에서 바람직하지 않은 고주파 진동을 거의 내지 전혀 생성하지 않는다.
격납 시스템은 진공 층을 위한 공간과 격납 공간의 외측 사이에 유체 연결을 형성하는 하나 이상의 진공 유출구(51)를 추가로 포함할 수 있으며, 진공 유출구는 초기 진공을 생성하고/하거나 추가로 진공을 유지하기 위해 진공 공간으로부터 가스(공기)를 외부로 펌핑하기 위해 진공 펌프(도시되지 않음)에 연결되거나 연결 가능하다.
용어 액체 수소는 적어도 95 mol% 수소를 포함하는 액체를 지칭하는 데 사용된다. 그러한 맥락에서, 용어 극저온은 영하 250℃(예를 들어, 영하 253℃)의 온도를 지칭하는 데 사용된다. 액체 수소는 주위 압력에 있거나 또는 주위 압력에 가까울 수 있다.
실시예에 따르면, 액체 수소를 수용하는 격납 시스템이 제공되며, 내부 배리어 층(11)은 아이스, 바람직하게는 영하 150℃ 미만의 온도를 갖는 극저온 아이스로 제조된다.
내부 배리어 층은 하나의 측면 상에서 진공 층을 대면하는 한편, 다른 측면 상에서 액체 수소를 보유하는 격납 공간을 대면한다. 이전에 언급된 바와 같이, 내부 및 외부 배리어 층은, 사용시 (진공 단열 충전제, 예를 들어 유리 버블에 적절한) 증기압이 액체 수소를 위한 전통적인/종래의 진공 격납 시스템/LIN 재킷 격납 시스템에 비해 경제적이고 에너지 효율적인 이점을 제공하는 저온을 가질, 아이스로 제조된다.
이러한 개념으로부터의 더 양호한 효율은 또한 수소 적합 금속 구조체 및 제조 방법을 사용하여 높은 제조 비용을 회피하는 것으로부터 기인한다.
경제적인 진공 유지 관리를 지원하는 것 이외에, 극저온 아이스는 진공 층을 생성하고 제조의 용이성과 관련된 이점들 이외에, 액체 수소를 위한 유리한 액체 배리어 층을 형성한다.
본 발명에 따르면, 외부 배리어 층(12)은 영하 150℃ 미만의 온도를 갖는 극저온 아이스로 제조된다.
1 Pa 미만의 아이스의 증기압에 영향을 미치기에 충분히 차가운 진공 층을 대면하는 외부 배리어 층을 가짐으로써, 가스 배출의 이슈는 크게 감소되는 데, 이는 외부 층이 1 Pa 미만의 증기압을 갖기에 충분히 차가워질 것이기 때문이다.
실시예에 따르면, 내부 배리어 층(11) 및 외부 배리어 층(12) 둘 모두가 영하 150℃ 미만의 온도를 갖는 극저온 아이스로 제조되는 격납 시스템이 제공된다.
극저온 아이스의 내부 및 외부 배리어 층 둘 모두를 형성함으로써, 진공 층은 극저온 아이스로 형성된 층에 의해 두 측면 모두에 대면되고, 이에 의해 가스 배출의 이슈를 크게 감소시키고 진공 격납의 신뢰성을 개선시킨다.
내부 배리어 층은 액체 수소의 온도와 실질적으로 동일한 온도에 있을 수 있는 반면, 외부 배리어 층은 액체 수소의 온도보다 높은 온도에 있을 수 있다. 내부 배리어 층의 온도는 대략 영하 253℃일 수 있는 반면, 외부 배리어 층의 온도는 대략 영하 173℃일 수 있다. 외부 배리어 층은 바람직하게는 가스 배출을 최소화하기에 충분히 낮은 온도에 있다. 바람직하게는, 외부 층의 온도는 N2 및 O2의 응축 온도보다 높다. 따라서, 외부 배리어 층은 외부 배리어 층을 비교적 낮은 온도에서 유지하기 위해 하나 이상의 추가의 패시브(passive) 단열 층으로 둘러싸일 수 있다.
실시예에 따르면, 격납 시스템이 제공되고, 외부 배리어 층(12)은 하나 이상의 부가적인 단열 층에 의해 둘러싸인 외측 상에 있다.
그러한 단열 층은 양호하게 주위보다 훨씬 아래의 온도에서 외부 배리어 층을 유지하고, 그에 따라 외부 극저온 아이스 벽 온도를 유지하는 작동 비용이 최적화된다. 외부 배리어 층은 동결된 물의 증기압이 대략 13 Pa이고 유리 버블 진공 단열 충전제에 적합한 영하 40℃ 이하의 온도에서 유지될 수 있다.
외부 층의 아이스를 적어도 영하 40℃에서 또는 (탱크의 요구된 비등에 따라) 더 차갑게 유지하는 것이 충분할 수 있다.
부가적인 단열 층은 발포 폴리스티렌 또는 폴리우레탄 발포(PUF: polyurethane foam)를 포함하는, 임의의 적합한 재료로부터 제조될 수 있다.
실시예에 따르면, 격납 시스템이 제공되고 진공 층(13)은 단열 충전제로 적어도 부분적으로 충전된다.
단열 충전제는 유리 버블, 펄라이트, 다층 단열부(MLI: multi-layer insulation) 또는 임의의 다른 적합한 충전제일 수 있다.
유리 버블의 사용은 진공 조건의 파괴없이, 진공 층의 단열을 추가로 향상시킨다.
실시예에 따르면, 격납 시스템이 제공되고 격납 시스템(1)은 아이스로 제조된 내부 및/또는 외부 배리어 층(11, 12)과 열적으로 연결된 열 교환기 튜브(21)를 포함한다.
열 교환기 튜브는 예를 들어 내부 및/또는 외부 배리어 층에 매립될 수 있다.
열 교환기 튜브는 아이스 층을 통해 진행될 수 있다. 냉각제 유체(냉매)는 아이스 층에 냉각 듀티를 제공하기 위해 열 교환기 튜브를 통해 유동될 수 있다. 아이스 층은 예를 들어 제조 동안을 포함하는, 격납 시스템이 액체 수소를 포함하지 않는 기간 동안 보존 온도(Tpres)에서 유지될 수 있다. 보존 온도는 격납 시스템이 액체 수소를 수용하는 기간 동안 아이스 층의 보유 온도(Thold)보다 높을 수 있다. 열 교환기 튜브는 또한, 열 균열을 예방하기 위해, 격납 시스템을 충전하기 전에 Thold까지(또는 그에 가깝게) 아이스 층을 냉각시키는 데 사용될 수 있다.
열 교환기 튜브는 당업자에게 공지된 바와 같이, 냉동 사이클의 일부일 수 있거나 이에 연결 가능할 수 있다. 냉동 사이클은 압축기, 응축기 및 팽창기를 포함하고 열 교환기 튜브는 기화기를 형성한다.
실시예에 따르면, 격납 시스템이 제공되고, 격납 시스템(1)은 아이스로 제조된 내부 및/또는 외부 배리어 층(11, 12)에 매립되거나 그와 구조적으로 연결된 보강 수단(또는 보강부(reinforcement))를 포함한다.
보강 수단이 아이스 층 내측에 제공됨으로써, 그러한 배리어 층의 구조적 강도(constructional strength)가 개선된다. 보강 수단은 강 막대, 및/또는 내부 및/또는 외부 배리어 층에 매립된 열 교환기 튜브에 의해 형성될 수 있다. 도핑된 아이스에 의해 구조적 강성도가 개선될 수 있다. 아이스는 내부 및/또는 외부 배리어 층의 구성 단계에서 도입되는 PTFE의 셰이빙/스트랜드로 도핑될 수 있다.
실시예에 따르면, 본 발명에 따른 격납 시스템을 제조하는 방법이 제공되며, 방법은:
a) 돌출 거리를 갖고서 베이스 층으로부터 돌출되는 복수의 스페이서 요소(14)를 갖는 베이스 플로어 요소(102)를 제공하는 단계,
b) 돌출 거리보다 작은 두께를 갖는 베이스 플로어 요소(102) 상에 외부 배리어 층(12)의 제1 파트를 형성하는 단계로서, 외부 배리어 층은 제1 외부 주변부를 갖는, 단계,
c) 복수의 스페이서 요소(14)에 의해 지지되는 내부 배리어 층(11)의 제1 파트를 형성하는 단계로서, 내부 배리어 층은 제2 외부 주변부를 갖고, 이로써 제2 외부 주변부는 베이스 플로어 요소의 평면에 수직인 방향에서 볼 때 완전히 제1 외부 주변부 내에 있는, 단계,
d) 제2 외부 주변부를 따라 외부 배리어 층(12)의 제1 파트와 관련하여 내부 배리어 층의 나머지를 형성함으로써 내부 배리어 층(11)을 완성하는 단계로서, 내부 배리어 층(11)은 액체 수소(3)를 위한 격납 공간(2)을 형성하는, 단계,
e) 제1 외부 주변부를 따라 외부 배리어 층의 제1 파트와 관련하여 외부 배리어 층의 나머지를 형성함으로써 외부 배리어 층(12)을 완성하는 단계,
f) 액체 수소(3)로 격납 공간(2)을 충전하는 단계를 포함하고,
외부 배리어 층(12)은 영하 150℃ 미만의 온도를 갖는 극저온 아이스로 제조된다.
방법은 복수의 스페이서 요소를 갖는 베이스 플로어 요소가 사용되기 때문에, 격납 시스템을 제조하는 유리한 방식을 제공한다. 외부 배리어 층의 바닥 부분은 베이스 플로어 요소의 상단 상에 형성될 수 있으며, 스페이서 요소가 외부 배리어 층의 바닥 부분 위로 연장되게 하여, 스페이서 요소의 상단에서 내부 배리어 층의 바닥 부분을 형성하는 것을 허용한다.
베이스 플로어 요소는 콘크리트와 같은 임의의 적절한 재료로부터 형성될 수 있다.
베이스 플로어 요소는 외부 배리어 층의 바닥 부분의 용이한 형성을 허용하기 위해 실질적으로 상향으로 지향되는(pointing) 벽 요소를 가질 수 있다.
내부 배리어 층의 바닥 부분의 형성은 내부 배리어 층의 바닥 부분의 형성 및 배치를 허용하기 위해 임시 프레임워크의 사용과 같은 상이한 방식들로 행해질 수 있다.
내부 배리어 층은 아이스로 제조될 수 있거나, 외부 배리어 층은 극저온 아이스로 제조될 수 있거나, 내부 배리어 층 및 외부 배리어 층 둘 모두는 극저온 아이스로 제조될 수 있다.
실시예에 따르면, 방법이 제공되고, 아이스로 제조된 내부 및 외부 배리어 층의 그러한 파트를 형성하는 단계는,
Figure pct00001
복수의 아이스 유닛(111)을 제조하고,
또 다른 아이스 유닛(111)에 연결될 아이스 유닛(111)의 미리결정된 표면 구역에 국소적인 가열을 인가하고, 이에 의해 그러한 미리결정된 표면 구역의 외부 층을 녹이고,
서로 연결될 아이스 유닛을 서로에 대해 위치설정하여, 표면 구역들의 용융된 상단 층이 함께 동결되도록 허용하고, 이에 의해 아이스로 제조된 내부 및 외부 배리어 층을 형성함으로써 행해진다.
마이크로파 또는 다른 휴대용 열선 요소를 사용함으로써 국소적 가열이 인가될 수 있다. 이러한 기술은 응고에 의한 융합(fusion by solidification)으로 지칭된다.
도 1은 실시예에 따른 격납 시스템의 측면도를 개략적으로 도시한다.
도 2는 추가의 실시예에 따른 격납 시스템의 측면도를 개략적으로 도시한다.
도 3a는 베이스 요소를 개략적으로 도시한다.
도 3b는 형성된 격납 시스템의 절반(half-way)의 측단면도를 개략적으로 도시한다.
도 1은 격납 공간(2)에, 액체 천연 수소와 같은 액체 수소(3)를 보유하기 위한, 격납 시스템(1)을 개략적으로 도시한다. 격납 시스템(1)은 내부 배리어 층(11) 및 외부 층(12)을 포함한다. 내부 층(11)은 존재할 때 액체 수소(3)와 직접 접촉하는 층이다. 내부 층(11)은 외부 층(12)의 내측에 있다.
외부 층(12)으로부터 내부 배리어 층(11)을 분리하기 위해 제공된 스페이서 요소(14)가 있다. 도 3a 및 도 3b를 참조하여 아래에 설명된 대안적인 실시예에 따르면, 스페이서 요소는 대안적으로 내부 배리어 층(11)을 지지하기 위해 외부 배리어 층(12)을 통해 돌출될 수 있다.
내부 배리어 층(11)과 외부 배리어 층(12) 사이에는 진공 층(13)을 형성하는, 공간이 생성된다. 내부 및 외부 배리어 층(11, 12) 중 하나 또는 둘 모두는 아이스로 제조될 수 있다. 외부 배리어 층은 극저온 아이스로 제조된다.
격납 시스템(1)은 격납 공간(2)을 추가로 단열하기 위해 하나 이상의 추가 단열 층을 포함할 수 있다. 격납 시스템(1)은 격납 시스템(1)을 추가로 강화하기 위한 하나 이상의 추가 지지 층을 포함할 수 있다. 이들 추가 단열 및 지지 층은 도시되지 않는다.
진공 층(13)은 단열 충전제로 충전될 수 있으며, 이는 또한 도 1에 도시되지 않는다.
도 2는 열 교환기 튜브(21)가 내부 및 외부 배리어 층(11, 12)에 매립되는 대안적인 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서, 내부 및 외부 배리어 층(11, 12)은 바람직하게는 극저온 아이스로 제조된다. 열 교환기 튜브는 냉각 사이클에 연결되고(도시되지 않음), 그에 따라 열 교환기 튜브(21)는 내부 및 외부 배리어 층(11, 12)에 냉각 듀티를 제공할 수 있다.
도 2는 통기 유입구/유출구(31), 유체 유입구/유출구 및 진공 유출구(51)를 추가로 도시한다.
추가의 실시예에 따르면, 격납 시스템은 내부 및/또는 외부 배리어 층(11, 12)에 구조적 안정성을 부가하기 위한 보강 수단을 포함한다. 보강 수단은 아이스에 의해 둘러싸이는, 예를 들어 강으로 제조된, 독립적인 구조체의 형태일 수 있다. 보강 수단은 예를 들어 내부 및/또는 외부 배리어 층(11, 12) 내측에 있는 골격에 의해 형성될 수 있다. 보강 수단은 또한 내부 및/또는 외부 배리어 층(11, 12)의 외측에 부분적으로 제공될 수 있지만, 바람직하게는 진공 층(13)을 위한 공간 및 격납 공간과 접촉하지 않는다.
도 3a는 베이스 플로어 요소(102)를 포함하는, 베이스 요소(100)를 개략적으로 도시하고, 베이스 플로어 요소(102)는 베이스 플로어 요소(102)로부터 돌출되는 복수의 스페이서 요소(14)를 갖는다. 베이스 요소(100)는 외부 배리어 층(12)의 외부 주변부를 규정하는 베이스 플로어 요소(102)의 외부 주변부를 따라 직립 벽 요소(101)를 추가로 포함한다.
도 3b는 형성된 격납 시스템의 절반의 측단면도를 개략적으로 도시한다. 외부 배리어 층(12)의 바닥 파트는 베이스 플로어 요소(102) 상에 형성되고, 외부 배리어 층(12)의 직립 벽은 벽 요소(101)에 대해 형성된다.
내부 배리어 층(11)의 바닥 파트는 스페이서 요소(14)에 의해 지지되고 형성된다.
도 3a 및 도 3b에 나타낸 실시예는 극저온 아이스로 형성된 내부 및 외부 배리어 층(11, 12) 양쪽을 갖지만, 또한 내부 및 외부 배리어 층(11, 12) 중 단지 하나만이 (극저온) 아이스로 형성될 수 있다는 것이 위에서 설명된 바와 같이 이해된다.

Claims (8)

  1. 액체 수소(3)를 저장하기 위한 격납 시스템(1)으로서, 상기 격납 시스템(1)은 상기 액체 수소(3)를 보유하기 위한 격납 공간(2)을 형성하는 하나 이상의 벽을 포함하고, 상기 격납 공간(2)은 액체 수소(3)를 수용하고,
    상기 하나 이상의 벽 중 적어도 하나는 내부 배리어 층(11), 외부 배리어 층(12), 및 상기 내부 및 외부 배리어 층(11, 12)을 분리하고, 이에 의해 상기 내부 및 외부 배리어 층(11, 12)의 사이에 진공 층(13)을 위한 공간을 생성하도록 상기 내부 배리어 층(11)과 상기 외부 배리어 층(12) 사이에 배치되는 하나 이상의 스페이서 요소(14)를 포함하고,
    상기 외부 배리어 층(12)은 영하 150℃ 미만의 온도를 갖는 극저온 아이스로 제조되고,
    상기 진공 층(13)은 0.01Pa 미만의 압력을 갖는, 격납 시스템(1).
  2. 제1항에 있어서, 상기 내부 배리어 층(11)은 아이스, 바람직하게는 영하 150℃ 미만의 온도를 갖는 극저온 아이스로 제조되는, 격납 시스템(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 외부 배리어 층(12)은 하나 이상의 부가적인 단열 층에 의해 둘러싸인 외측 상에 있는, 격납 시스템(1).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진공 층(13)은 단열 충전제로 적어도 부분적으로 충전되는, 격납 시스템(1).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 격납 시스템(1)은 상기 내부 및/또는 외부 배리어 층(11, 12)에 매립된 열 교환기 튜브(21)를 포함하는, 격납 시스템(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 격납 시스템(1)은 상기 내부 및/또는 외부 배리어 층(11, 12)에 매립되거나 그와 구조적으로 연결된 보강 수단을 포함하는, 격납 시스템(1).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 격납 시스템을 제조하는 방법으로서, 상기 방법은:
    a) 돌출 거리를 갖고서 베이스 층으로부터 돌출되는 복수의 스페이서 요소(14)를 갖는 베이스 플로어 요소(102)를 제공하는 단계,
    b) 상기 돌출 거리보다 작은 두께를 갖는 상기 베이스 플로어 요소(102) 상에 상기 외부 배리어 층(12)의 제1 파트를 형성하는 단계로서, 상기 외부 배리어 층은 제1 외부 주변부를 갖는, 단계,
    c) 상기 복수의 스페이서 요소(14)에 의해 지지되는 상기 내부 배리어 층(11)의 제1 파트를 형성하는 단계로서, 상기 내부 배리어 층은 제2 외부 주변부를 갖고, 이로써 상기 제2 외부 주변부는 상기 베이스 플로어 요소의 평면에 수직인 방향에서 볼 때 완전히 상기 제1 외부 주변부 내에 있는, 단계,
    d) 상기 제2 외부 주변부를 따라 상기 외부 배리어 층(12)의 상기 제1 파트와 관련하여 상기 내부 배리어 층의 나머지를 형성함으로써 상기 내부 배리어 층(11)을 완성하는 단계로서, 상기 내부 배리어 층(11)은 액체 수소(3)를 위한 격납 공간(2)을 형성하는, 단계,
    e) 상기 제1 외부 주변부를 따라 상기 외부 배리어 층의 상기 제1 파트와 관련하여 상기 외부 배리어 층의 나머지를 형성함으로써 상기 외부 배리어 층(12)을 완성하는 단계,
    f) 액체 수소(3)로 상기 격납 공간(2)을 충전하는 단계를 포함하고,
    상기 외부 배리어 층(12)은 영하 150℃ 미만의 온도를 갖는 극저온 아이스로 제조되는, 방법.
  8. 제7항에 있어서, 아이스로 제조된 상기 내부 및 외부 배리어 층의 그러한 파트를 형성하는 단계는,
    Figure pct00004
    복수의 아이스 유닛(111)을 제조하고,
    또 다른 아이스 유닛(111)에 연결될 아이스 유닛(111)의 미리결정된 표면 구역에 국소적인 가열을 인가하고, 이에 의해 그러한 표면 구역의 상단 층을 녹이고,
    서로 연결될 아이스 유닛을 서로에 대해 위치설정하여, 상기 표면 구역들의 용융된 상기 상단 층이 함께 동결되는 것을 허용하고, 이에 의해 아이스로 제조된 상기 내부 및 외부 배리어 층을 형성함으로써 행해지는, 방법.
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