KR20240056271A - 액화기 단열 시스템 및 이를 적용한 액화기 - Google Patents

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김태현
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Abstract

액화기 단열 시스템 및 이를 적용한 액화기가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 액화기 단열 시스템은, 상단에 개방된 개구부가 형성되는 저장용기, 상기 저장용기의 개구부측 내부에 각각 일정 간격을 두고 구비되는 복수 개의 배플들, 및 상기 복수 개의 배플들 상부에 구비되는 진공부를 포함하며, 상기 진공부는, 하부가 상기 복수 개의 배플들 중 최상단에 배치된 배플과 소정 간격만큼 이격되도록 배치된다.

Description

액화기 단열 시스템 및 이를 적용한 액화기{Liquefier insulation system and liquefier applying the same}
본 발명은 액화기 단열 시스템 및 이를 적용한 액화기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소정의 가스를 액화시키는 액화기에서, 액화된 액화가스가 저장되는 저장용기의 단열효율을 향상시키기 위해, 저장용기의 개구부에 종래에 구비되는 배플(baffle)들에 진공 공간을 더 구비할 수 있도록 하는 기술적 사상에 관한 것이다.
수소, 질소, 헬륨 등과 같은 다양한 종류의 가스들은 기체상태 그대로 저장하는 것에 비해 액화하여 저장하는 것이 매우 큰 효율을 나타내기에, 이러한 가스들을 액화하기 위한 액화기가 널리 알려져 있다.
이처럼 가스를 액화하고 저장하기 위해서는 극저온을 유지할 필요가 있다.
그리고 액화된 액화가스는 외부의 열이 조금만 전달되어도 다시 기화되기 쉬우므로, 가스의 액화를 위한 액화기는 물론 액화가스와 같은 극저온 유체를 저장하는 저장탱크에서 단열이 매우 중요한 의미를 가질 수 있다.
일반적인 종래의 액화기를 위한 단열 시스템은, 액화가스가 저장되는 저장용기의 개구부측 내부에 단순히 복수 개의 배플(baffle)들을 구비하는데 그치고 있다.
이러한 복수 개의 배플들은 저장용기의 바닥과 평행하거나 평행에 가깝도록 배치되는데, 각각의 배플이 일정 간격을 두고 적층되는 방식으로 구비되고 있다. 상기 복수 개의 배플들은 상기 저장용기 내에 저장된 액화가스가 다시 기화되는 과정에서 배플들이 열을 흡수하며 액화가스의 기화를 둔화시키고, 액화가스의 저온에 의해 차갑게 식은 배플들이 저장용기의 개구부로부터 유입되는 외부의 열을 차단할 수 있어 액화기의 단열 및 재액화를 위한 기능을 수행할 수 있다.
하지만 종래와 같이 단순히 복수 개의 배플들만 구비되는 경우, 상기 저장용기의 개구부측으로부터 유입되는 외부의 열이 복수 개의 배플들로 쉽게 전달되면서 단열 성능이 하락하며 효율이 떨어질 수 있는 문제가 있다.
따라서, 액화기의 저장용기에서 외부의 열이 내부로 유입되는 것을 보다 강인하게 방지할 수 있는 기술적 사상이 요구된다.
특허문헌 1. 한국등록특허(등록번호 10-2384711, "단열부가 구비된 액화가스 저장 탱크")
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 액화기에서 액화된 액화가스가 저장되는 저장용기의 개구부를 통해 외부의 열이 전달되는 것을 방지하기 위해, 기존에 구비되는 복수 개의 배플들 외에 별도의 진공공간을 마련할 수 있도록 함으로써, 단열 효율을 상승시킬 수 있도록 하는 기술적 사상을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 액화기 단열 시스템은, 상단에 개방된 개구부가 형성되는 저장용기, 상기 저장용기의 개구부측 내부에 각각 일정 간격을 두고 구비되는 복수 개의 배플들, 및 상기 복수 개의 배플들 상부에 구비되는 진공부를 포함하며, 상기 진공부는, 하부가 상기 복수 개의 배플들 중 최상단에 배치된 배플과 소정 간격만큼 이격되도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 저장용기는, 상기 저장용기의 외측방향으로 소정 길이만큼 돌출되어 상기 개구부를 둘러싸도록 형성되는 하단 플랜지, 및 상기 하단 플랜지와 결합되어 상기 개구부를 폐쇄할 수 있도록 구비되는 상단 플랜지를 포함할 수 있다.
또한, 상기 액화기 단열 시스템은, 상기 하단 플랜지 및 상기 상단 플랜지 사이에 배치되는 단열부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 단열부재는, 테두리로부터 소정 범위가 나머지 범위에 비해 소정 두께만큼 두껍게 형성되는 테두리부를 포함하여, 상기 진공부의 상부가 상기 단열부재의 하면과 소정 거리만큼 이격될 수 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 저장용기는, 액화된 액화가스가 저장되는 저장부, 및 상기 저장부에 비해 작은 직경을 가지도록 소정 높이만큼 형성되는 목부를 포함하며, 상기 복수 개의 배플들 및 상기 진공부가 상기 목부의 내부에만 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 액화기는, 상단에 개방된 개구부가 형성되는 저장용기, 및 상기 저장용기에 구비되는 액화기 단열 시스템을 포함하며, 상기 액화기 단열 시스템은, 상기 저장용기의 개구부측 내부에 각각 일정 간격을 두고 구비되는 복수 개의 배플들, 및 상기 복수 개의 배플들 상부에 구비되는 진공부를 포함하고, 상기 진공부는, 하부가 상기 복수 개의 배플들 중 최상단에 배치된 배플과 소정 간격만큼 이격되도록 배치될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 소정의 가스를 액화하기 위한 액화기에서, 비교적 간단한 구조로 액화된 액화가스가 저장되는 저장용기의 단열 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 액화기의 일반적인 형태를 나타낸다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 액화기 단열 시스템의 구성을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 액화기 단열 시스템의 체결방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 액화기 단열 시스템의 체결방식을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에 있어서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 중심으로 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 액화기의 일반적인 형태를 나타내며, 도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 액화기 단열 시스템의 구성을 나타낸다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 액화기 단열 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 액화된 가스(예컨대, 수소 등)가 저장되는 저장용기(100)에 구비될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 저장용기(100)는 상단에 개방된 개구부가 형성되며, 상기 저장용기(100)의 외측방향으로 소정 길이만큼 돌출되어 상기 개구부를 둘러싸도록 형성되는 하단 플랜지(130)와, 상기 하단 플랜지(130)와 결합되어 상기 개구부를 폐쇄할 수 있도록 구비되는 상단 플랜지(140)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 저장용기(100)는 도면에 도시된 바와 같이 액화가스가 저장되는 저장부(110)와, 상기 개구부측 일부가 상기 저장부에 비해 작은 직경을 가지도록 상기 개구부로부터 소정 길이만큼 형성되는 목부(120)를 포함할 수 있다.
구현 예에 따라, 상기 저장용기(100)는 상기 목부(120)와 상기 저장용기(100)의 구분이 없는 형태일 수도 있다. 즉, 상기 개구부측에 상대적으로 직경이 작은 상기 목부(120)가 별도로 형성되지 않을 수 있다. 이러한 경우에도, 후술할 본 발명의 기술적 사상은 동일하게 적용될 수 있다. 이하에서는 상기 저장용기(100)가 상기 저장부(110)와 상기 저장부(110)에 비해 직경이 작은 목부(120)를 포함하도록 형성되는 경우를 위주로 설명하지만, 본 발명이 반드시 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 액화기 단열 시스템은 이러한 저장용기(100)의 목부에 구비될 수 있다.
일반적인 종래의 단열 시스템은, 상기 저장용기(100)의 개구부측 예컨대, 상기 목부(120) 내부에 복수 개의 배플(baffle)들(200)을 구비하는데 그치고 있다.
이러한 복수 개의 배플들(200)은 저장용기(100)의 바닥과 평행하거나 평행에 가깝도록 배치되는데, 각각의 배플이 일정 간격을 두고 적층되는 방식으로 구비되고 있다. 상기 복수 개의 배플들은 상기 저장용기(100) 및/또는 저장용기(100)의 저장부(110) 내에 저장된 액화가스가 다시 기화되는 과정에서 배플들이 열을 흡수하며 액화가스의 기화를 둔화시키고, 액화가스의 저온에 의해 차갑게 식은 배플들이 저장용기(100)의 개구부로부터 유입되는 외부의 열을 차단할 수 있어 액화기의 단열 및 재액화를 위한 기능을 수행할 수 있다. 이처럼 복수 개의 배플들(200)이 단열 및/또는 극저온 유체의 재액화를 위해 사용되는 기술적 사상은 액화기는 물론, 극저온 유체를 저장하는 극저온 유체 저장탱크 등 다양한 분야에서 널리 알려져 있으므로, 본 명세서에서는 더 이상의 상세한 설명은 생략하도록 한다.
하지만 종래와 같이 단순히 복수 개의 배플들만 구비되는 경우, 상기 저장용기(100)의 개구부측으로부터 유입되는 외부의 열이 복수 개의 배플들로 쉽게 전달되면서 단열 성능이 하락하며 효율이 떨어질 수 있는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 배플들의 개수를 다소 줄이더라도, 배플들과 상단 플랜지(140) 사이에 진공 공간(vacuum space)을 구비하는 진공부(300)를 배치함으로써, 외부의 열이 배플들(200)로 전달되는 것을 한층 더 억제할 수 있도록 하는 기술적 사상을 제공하고자 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상에 따른 액화기 단열 시스템은 저장용기(100)의 개구부측 내부에 구비되는 복수 개의 배플들(200)과, 상기 복수 개의 배플들(200) 상부에 배치되는 진공부(300)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 진공부(300)는 상기 목부(120) 또는 상기 저장용기(100)의 개구부 내부에 삽입될 수 있는 형상(예컨대, 원통 형상)을 가지는 박스 형태를 가지도록 형성될 수 있다. 이때 박스 형태의 내부는 진공상태를 유지하여 진공공간이 확보되도록 한다.
상기 진공부(300) 및/또는 배플들(200)의 형태는 상기 저장용기(100)의 개구부 또는 목부(120)의 단면형상에 따라 다양할 수 있음은 물론이다.
상기 진공부(300)의 하부에는 복수 개의 배플들(200)이 일정 간격을 두고 배치될 수 있다.
구현 예에 따라, 상기 액화기 단열 시스템은 전술한 상기 저장용기(100)의 하단 플랜지(130)와 상단 플랜지(140) 사이에 배치되는 소정의 단열부재(150)를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 단열부재(150)는 열전도율이 낮은 재질 예컨대, G10 재질로 형성될 수 있다.
상기 단열부재(150)는 상기 단열부재(150)는 상기 저장용기(100)의 개구부 전체를 커버할 수 있을 정도의 면적을 가지도록 형성될 수 있다. 또한 전술한 바와 같이 상기 단열부재(150)는 상기 상단 플랜지(140)와 상기 하단 플랜지(130) 사이에 위치하여, 상기 진공부(300)가 상기 상단 플랜지(140)와 직접 접촉하거나 근접하는 것을 막을 수 있어, 외부로부터의 열이 저장용기(100) 내부로 전달되는 것을 극도로 억제할 수 있다.
상기 복수 개의 배플들(200)은 도 5에 도시된 바와 같이 소정의 고정수단을 통해 일정 간격을 두고 고정될 수 있다. 상기 고정수단은 도면의 A축을 따라 상기 복수 개의 배플들(200)을 고정할 수 있으면 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예컨대, 상기 고정수단은 볼트와 너트의 조합으로 구현될 수도 있고, 또는 소정의 핀 형상으로 구현될 수도 있다.
구현 예에 따라, 상기 고정수단은 상기 복수 개의 배플들(200)을 소정 위치에서 관통하여 상기 복수 개의 배플들(200)을 고정하고, 상기 진공부(300)의 하단에 결합되어 상기 복수 개의 배플들(200)과 상기 진공부(300)를 함께 고정할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 액화기 단열 시스템의 체결방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 액화기 단열 시스템은 저장용기(100)의 목부(120)의 내부에 구비되는 복수 개의 배플들(200)과, 상기 복수 개의 배플들(200) 상단에 구비되는 진공부(300)를 포함하여 구성될 수 있다.
도면에는 상기 복수 개의 배플들(200) 및 상기 진공부(300)가 상기 저장용기(100)의 목부(120) 내면과 소정 거리만큼 이격되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 이는 도면상에서 각 구성요소들을 육안으로 구분하기 용이하도록 도시된 예시일 수 있다. 실제로는 상기 복수 개의 배플들(200)의 테두리와 상기 진공부(300)의 측면이 상기 저장용기(100)의 목부(120) 내면에 접촉되도록 형성되거나, 또는 상기 저장용기(100)의 목부(120) 내면과 접촉되지는 않지만 매우 근접하도록 형성될 수 있다.
상기 액화기 단열 시스템이 전술한 바와 같이 단열부재(150)를 포함하는 경우, 전술한 바와 같이 상기 단열부재(150)가 상기 진공부(300)의 상부에서 상기 저장용기(100)의 개구부를 커버하도록 배치될 수 있다.
이때, 상기 단열부재(150)가 상기 진공부(300)의 상부와 직접 접촉하는 것을 방지하기 위해, 상기 단열부재(150)의 테두리로부터 소정 범위(이하, 테두리부라고 함)가 나머지 범위에 비해 두꺼운 두께를 가지도록 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 이러한 상기 단열부재(150)의 테두리부는 도면에 도시된 바와 같이 상기 하단 플랜지(130)의 폭과 동일하거나, 상기 하단 플랜지(130)의 폭에 비해 다소 좁은 범위를 가지도록 형성될 수 있다.
이러한 상기 단열부재(150)의 테두리부로 인해, 상기 저장용기(100)의 개구부에서는 상기 진공부(300)의 상부와 상기 단열부재(150)의 하면이 서로 직접 접촉되지 않고 소정 간격이 발생하게 된다. 각 구성요소들 간 직접 접촉을 피할 수 있는 이러한 간격이 외부로부터 열이 전달되는 것을 보다 효과적으로 억제하여 단열효과를 향상시킬 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 평균적인 전문가에게 용이하게 유추될 수 있을 것이다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 의하면, 상기 액화기 단열 시스템은 상기 단열부재(150)의 체결시, 상기 단열부재(150)와 별도의 제2단열부재를 구비할 수도 있다. 이러한 예가 도 6에 도시된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 액화기 단열 시스템의 체결방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 상기 액화기 단열 시스템은 전술한 바와 같이 상기 저장용기(100)의 목부(120) 외부에 형성되는 하단 플랜지(130)와, 상기 저장용기(100)의 개구부를 폐쇄하는 상단 플랜지(140) 사이에 단열부재(150) 및 제2단열부재(151)가 배치될 수 있다.
상기 단열부재(150)는 전술한 설명과 동일하며, 상기 제2단열부재(151)는 상기 단열부재(150)의 테두리부 및/또는 상기 하단 플랜지(130)의 폭과 동일 또는 유사한 폭을 가지면서 중앙부 소정 범위 예컨대, 상기 저장용기(100)의 개구부에 대응되는 부분은 비어 있는 고리 형상을 가지도록 형성될 수 있다.
그리고, 상기 상단 플랜지(140)와 상기 단열부재(150)가 고정수단(400)에 의해 고정되고, 상기 단열부재(150)와 상기 제2단열부재(151)가 별도의 고정수단(400)에 의해 고정되며, 상기 하단 플랜지(130)와 상기 제2단열부재(151)가 또 다른 고정수단(400)에 의해 고정될 수 있다.
이러한 구조는 상단 플랜지(140), 하단 플랜지(130)와 단열부재들 간의 체결을 보다 견고하게 하면서, 진공부(300)의 상단과 단열부재(150)의 하면 간의 간격을 벌려 단열효과를 다소나마 향상시킬 수 있는 효과를 가질 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (6)

  1. 상단에 개방된 개구부가 형성되는 저장용기;
    상기 저장용기의 개구부측 내부에 각각 일정 간격을 두고 구비되는 복수 개의 배플들; 및
    상기 복수 개의 배플들 상부에 구비되는 진공부를 포함하며,
    상기 진공부는,
    하부가 상기 복수 개의 배플들 중 최상단에 배치된 배플과 소정 간격만큼 이격되도록 배치되는 액화기 단열 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 저장용기는,
    상기 저장용기의 외측방향으로 소정 길이만큼 돌출되어 상기 개구부를 둘러싸도록 형성되는 하단 플랜지; 및
    상기 하단 플랜지와 결합되어 상기 개구부를 폐쇄할 수 있도록 구비되는 상단 플랜지를 포함하는 액화기 단열 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 액화기 단열 시스템은,
    상기 하단 플랜지 및 상기 상단 플랜지 사이에 배치되는 단열부재를 더 포함하는 액화기 단열 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 단열부재는,
    테두리로부터 소정 범위가 나머지 범위에 비해 소정 두께만큼 두껍게 형성되는 테두리부를 포함하여,
    상기 진공부의 상부가 상기 단열부재의 하면과 소정 거리만큼 이격될 수 있는 것을 특징으로 하는 액화기 단열 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 저장용기는,
    액화된 액화가스가 저장되는 저장부; 및
    상기 저장부에 비해 작은 직경을 가지도록 소정 높이만큼 형성되는 목부를 포함하며,
    상기 복수 개의 배플들 및 상기 진공부가 상기 목부의 내부에만 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 액화기 단열 시스템.
  6. 상단에 개방된 개구부가 형성되는 저장용기; 및
    상기 저장용기에 구비되는 액화기 단열 시스템을 포함하며,
    상기 액화기 단열 시스템은,
    상기 저장용기의 개구부측 내부에 각각 일정 간격을 두고 구비되는 복수 개의 배플들; 및
    상기 복수 개의 배플들 상부에 구비되는 진공부를 포함하고,
    상기 진공부는,
    하부가 상기 복수 개의 배플들 중 최상단에 배치된 배플과 소정 간격만큼 이격되도록 배치되는 액화기.
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