WO2018135765A1 - 지지 구조물을 포함하는 가스 용기 - Google Patents

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WO2018135765A1
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support
container
circumferential surface
gas
support structure
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송태호
이재혁
최봉수
강원경
손홍익
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한국과학기술원
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    • F17C2223/01—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the phase
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    • F17C2223/0161—Liquefied gas, e.g. LPG, GPL cryogenic, e.g. LNG, GNL, PLNG

Definitions

  • the following description relates to a gas container including a support structure.
  • a gas container is required for storing and transporting gas.
  • liquefied natural gas in gases has a boiling point of -162 ° C at atmospheric pressure and is therefore usually stored at very low temperatures below -120 ° C.
  • a container for storing such liquefied natural gas and supplying it with fuel such as a vehicle needs to keep its inside at a low temperature.
  • Typical liquefied natural gas containers include an inner container that forms a storage space for the liquefied gas, an outer container formed on the outside of the inner container, an insulation provided between the inner container and the outer container for thermal insulation therebetween, the inner container and the outer container At one end of the vessel, it includes a port assembly through which the fill pipe, the discharge pipe, and the vent pipe pass, and a support portion for structurally fixing between the inner container and the outer container.
  • Structural support of such a liquefied natural gas container is made through port assemblies and support portions formed on both sides of the inner container.
  • the support part of the conventional LNG container comprises a support plate having both ends fixed inside the outer container, and a support arm that protrudes from the inner container and penetrates the support hole in the center of the support plate. Suppresses relative movement between
  • both the weld portion of the port assembly and the support plate of the support portion and the support portion of the support arm are made of metal, thereby causing heat transfer to the interior thereof.
  • Heat transfer through such a support structure occupies most of the heat transfer through the actual liquefied natural gas container, and there is a problem of locally evaporating the liquefied gas.
  • structurally, the direction in which the support structure is connected and the direction of relative movement that may occur between the outer container and the inner container are often different, causing a problem of generating a lot of stress locally in the support part.
  • An object of one embodiment is to provide a gas container comprising a support structure.
  • a gas container in another embodiment, includes an outer container; An inner container disposed inside the outer container while being spaced apart from an inner circumferential surface of the outer container, the inner container including a storage space accommodating gas therein; And at least one support structure disposed between an inner circumferential surface of the outer container and an outer circumferential surface of the inner container, the support structure comprising: an inner support supported on an outer circumferential surface of the inner container and spaced apart from an inner circumferential surface of the outer container; An outer support supported on an inner circumferential surface of the outer container and spaced apart from an outer circumferential surface of the inner container; And an intermediate support connecting the inner support and the outer support and spaced apart from each of the inner circumferential surface of the outer container and the outer circumferential surface of the inner container.
  • the support of any one of the inner support and the outer support has a columnar shape projecting in a direction perpendicular to the outer circumferential surface of the inner container and the inner circumferential surface of the outer container, and the other one of the inner and outer supports is It has a cylindrical shape projecting in the direction perpendicular to the outer circumferential surface of the inner container and the inner circumferential surface of the outer container and having an empty interior, and can accommodate at least a portion of the support.
  • the inner supporter has a columnar shape projecting vertically from the outer circumferential surface of the inner container, the outer supporter protrudes from the inner circumferential surface of the outer container, has a hollow cylindrical shape, and is opposite to the inner supporter. It is installed, can accommodate at least a portion of the inner support in the interior.
  • the intermediate support may be inclinedly connected around the protruding edge of the outer support from the protruding end of the inner support.
  • the intermediate support may be bent at least once while obliquely connecting the circumference of the protruding edge of the inner support or the outer support from the protruding end of the inner support formed in a columnar shape.
  • the gas container may further include a port assembly penetrating the upper end of the outer container and the inner container, and the support structure may be installed between the inner container and the outer container at the lower end of the gas container.
  • the support structure may be provided in plural at regular intervals between the inner container and the outer container along the circumference of the gas container side surface.
  • the support structure may be formed of at least one heat insulating material of a polymer, polyamide, and tetratetrafluoroethylene.
  • the inner supporter, outer supporter and intermediate supporter may be integrally formed.
  • the gas container of one embodiment may further include a heat insulating material disposed between the outer container and the inner container.
  • the gas container of one embodiment may be characterized in that the inner support, the outer support and the intermediate support is formed integrally.
  • the gas container of one embodiment may further include a heat insulating material disposed between the outer container and the inner container.
  • Gas container of an embodiment includes an outer container; An inner container disposed inside the outer container while being spaced apart from an inner circumferential surface of the outer container, the inner container including a storage space accommodating a gas therein; And at least one support structure disposed between an inner circumferential surface of the outer container and an outer circumferential surface of the inner container,
  • the support structure includes an inner support supported from an outer circumferential surface of the inner container and spaced apart from the outer container; At least three outer supports supported from an inner circumferential surface of the outer container and spaced from the inner container; And an intermediate support connecting the at least three outer supports and the inner support.
  • the outer support, the inner support and the intermediate support may be formed as an integral plate.
  • the intermediate support may have a shape that is bent at least one or more times.
  • the support structure is symmetrical in front, side and plane,
  • the longitudinal section at the center on the plane of the support structure is Shape
  • the cross section at the center on the plane of the support structure is It may be shaped.
  • a method of manufacturing a support structure by cutting one plate, an inner support for supporting an outer circumferential surface of the inner container, at least three outer supports for supporting an inner circumferential surface of the outer container, and Forming at least one preliminary structure comprising at least three outer supports and an intermediate support connecting the inner supports; And bending the preliminary structure on the basis of a virtual reference line crossing the inner support.
  • four outer supports, one inner support, and four intermediate supports, which are symmetrical to each other, are formed by using a press mechanism having a shape that is symmetrical with respect to the center of the one plate. It may include forming a preliminary structure comprising.
  • the four outer supports may not be directly connected to each other.
  • the gas container including the support structure of one embodiment, between the outer container and the inner container of the gas container, by installing a support structure having a long heat transfer path, having a low thermal conductivity coefficient to improve the thermal insulation performance of the container and the Evaporation can be suppressed.
  • the port assembly into which the gas enters and exits is made of a thick metal material so as to structurally support the inner container, thereby causing enormous heat transfer and gas evaporation.
  • various materials and methods for functionally separating the port assembly and the support may be applied to reduce the heat penetration into the inner container, and the thermal insulation performance of the container may be greatly improved.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a gas container and a support structure including a support structure according to one embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a gas container and a support structure including a support structure according to one embodiment.
  • FIG 3 is an exploded perspective view of a support structure according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a support structure according to one embodiment.
  • FIG. 5 is a perspective view of an intermediate support according to an embodiment.
  • 6A is a plan view of a support structure according to one embodiment.
  • 6B is a side view of the support structure according to one embodiment.
  • 6C is a perspective view of a support structure according to one embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a gas vessel and support structure including a support structure according to one embodiment.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a gas vessel and support structure including a support structure according to one embodiment.
  • FIG. 9 is a plan view of a support structure according to one embodiment.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a support structure according to an embodiment.
  • first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only for distinguishing the components from other components, and the nature, order or order of the components are not limited by the terms. If a component is described as being “connected”, “coupled” or “connected” to another component, that component may be directly connected or connected to that other component, but between components It will be understood that may be “connected”, “coupled” or “connected”.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a gas vessel and a support including an exemplary support structure.
  • a gas container 1 including a support structure 14 is a container for storing gas, for example, a container for storing liquefied natural gas. It may be.
  • the gas container 1 is formed in the inner space 16 and the inner space 16 between the outer container 12, the inner container 13, the outer container 12, and the inner container 13. Insulation, port assembly 15, and support structure 14.
  • the outer container 12 forms an outer surface of the gas container 1 including the support structure 14 and may have a cylindrical shape extending in the vertical direction.
  • the inner container 13 includes a storage space for storing gas therein, and may have a cylindrical shape coaxial with the outer container 12, and an inner circumferential surface of the outer container 12 in the outer container 12. May be spaced apart from.
  • an inner space 16 can be formed between the inner container 13 and the outer container 12, and the inner space 16 is an inner container 13.
  • the outer circumference of the outer container 12 may have the same spacing.
  • the inner space 16 may be provided with a heat insulating material for insulating the gas contained in the inner container (13).
  • the heat insulating material may be composed of a core material having a low thermal conductivity such as a metal coating film and glass wool.
  • the inner space 16 can be maintained in a vacuum, reducing convective heat transfer between the outer container 12 and the inner container 13 and thermal conduction by air.
  • the port assembly 15 may include a plurality of ports for guiding gas in and out.
  • the outer container 12 and the inner container 13 may be disposed to penetrate the upper container 12, and serve to support the inner container 13 with respect to the outer container 12. There is also.
  • the port assembly 15 may be provided with a filling pipe, a discharge pipe, and a vent pipe connecting the outside space of the outer container 12 and the storage space inside the inner container 13 through a plurality of ports of the port assembly 15. .
  • the support structure 14 can be installed in the inner space 16 and connects between the outer container 12 and the inner container 13 to attenuate the relative movement of the inner container 13 with respect to the outer container 12 and In addition, heat transfer can be reduced by forming long and narrow heat transfer paths.
  • the support structure 14 may include an inner support 141, an outer support 142, and an intermediate support 143.
  • the inner supporter 141 may be formed in a pillar shape protruding vertically from the outer circumferential surface of the inner container, and the protruding end may be spaced apart from the outer container 12.
  • the pillar shape may be formed as a pillar having various cross-sectional shapes such as a cylinder, a triangular pillar, and a square pillar.
  • the outer support 142 is formed to protrude in the form of a hollow cylinder from the inner circumferential surface of the outer container, formed on the opposite side of the inner support 141, may have a shape coaxial with the inner support 141.
  • the diameter of the outer support 142 may be formed larger than the diameter of the inner support 141, the protruding end of the outer support 141 may be formed spaced apart from the inner container 13, the outer support ( 142 may accommodate at least a portion of the inner support 141 opposite to the inside.
  • the intermediate support 143 is an element connecting the inner supporter 141 and the outer supporter 142, and connects the protruding edge of the outer supporter 142 from the protruding end of the inner supporter 141 and covers it. Can be formed.
  • the intermediate support 143 connects the circumference of the protruding edge of the outer support 142 from the protruding end of the inner support 141. It may be formed to be inclined. Accordingly, the side cross section of the state in which the outer support 142 and the intermediate support 143 are coupled may be shaped like 'M' as shown in FIG. 1.
  • the support structure 14 installed in the inner space 16 over the inner container 13 and the outer container 12 has a portion which contacts the inner container 13 and the outer container 12.
  • the heat transfer path can be formed while reciprocating up and down, and also can have a long heat transfer path, it can provide a high thermal insulation performance.
  • the support structure 14 can suppress the vertical and horizontal translational and rotational movements of the inner container 13 with respect to the outer container 12.
  • the inner support 141 and the outer support 142 is designed in consideration of the compressive stress of the material to withstand the pressure due to the pressure difference between the internal and external pressure of the gas container (1).
  • the gas container 1 it may be possible to be installed upside down phase of the support structure 14 according to an embodiment, described above. This will be described later with reference to FIG. 2.
  • the intermediate support 143 may be manufactured integrally with the inner support 141 and the outer support 142.
  • the support structure 14 may be installed at a lower side of the internal space 16, as shown in FIG. 1, may be installed at a position corresponding to a central axis, and one or more support structures 14 may be installed. have. In this case, the support structure 14 can support the load and pressure in the axial direction acting between the inner container 13 and the outer container 12.
  • the support structure 14 may be provided in plural at regular intervals in the inner space 16 corresponding to the circumference of the axis of the inner container 13 and the outer container 12. Through the above structure, the support structure 14 can suppress the up and down, left and right translation and rotational movement occurring between the inner container 13 and the outer container 12.
  • the support structure 14 can be flexibly changed in the size of the cross-sectional area, the material and the arrangement interval, etc., depending on the installation method of the gas container 1 and the magnitude of the load.
  • the support structure 14 of the gas container 1 of one embodiment is designed using the following equations (1) and (2).
  • Equations 1 and 2 P_ext represents a load generated between the outer container 12 and the inner container 13, and S represents the safety coefficients of the outer container 12 and the inner container 13.
  • sigma_YS represents the yield strength of the support structure 14 and E represents the Young's modulus of the support structure 14.
  • H represents the height of the support structure 14, d represents the radius of the inner support 141 and I represents the moment of inertia of the support structure 14.
  • the area corresponding to ⁇ d 2 of Equation 1 can be designed, and according to Equation 1, the cross-sectional area of the support structure 14 to support the corresponding load according to the arrangement interval You can see that should change.
  • Equation 2 may change the material of the cross-sectional area of the support structure 14 according to the load and the distance between the outer container 12 and the inner container 13 according to the placement interval to prevent the buckling of the support structure 14. It is present.
  • the material of the supporting structure can be selected in consideration of the figure of merit and the strength characteristics at low temperatures.
  • the figure of merit of the material is expressed by Equation 3 as follows.
  • Equation 1 the higher the yield strength of the material of the support structure 14 can reduce the cross-sectional area of the support structure 14.
  • the support structure 14 of the container because it is a material having a low coefficient of thermal conductivity at the same strength.
  • the support structure 14 may use a polymer having a high index of performance as the material of the support structure 14, and more specifically, polyamide or tetrafluoroethylene having excellent strength characteristics at low temperatures. It may be preferable to use (Polytetrafluoroethylene).
  • the heat insulating performance of the side of the container wrapped with the insulation is excellent, but a lot of heat is penetrated through the support portion of the bottom of the gas container.
  • the heat resistance of the support part consisting of a 2 cm diameter cylindrical rod made of stainless steel and a plate having a thickness of 3 mm was 27.3 K / W, which accounted for more than 30% of the total heat loss.
  • the thermal resistance by the support structure 14 is expressed by Equation 4.
  • the inequality sign is due to the increase in heat resistance by the reciprocating support structure and has a value of about twice the value of the right side.
  • the heat resistance caused by the support structure 14 can be reduced to less than one third by less than one third of the heat loss generated in the existing support part by about 70 to 150 K / W. .
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a gas vessel and support structure including a support structure according to one embodiment.
  • the support structure 24 installed in the internal space 16 of the gas container 1 may be in an upside down state of the support structure 14 of the embodiment illustrated in FIG. 1. .
  • the outer support 242 may have a columnar shape protruding to the inner circumferential surface of the outer container 12
  • the inner support 241 may have a cylindrical shape protruding to the outer circumferential surface of the inner container 13
  • the middle The support 243 may be connected between the inner support 241 and the outer support 242 in an upside down state in the intermediate support 143 of the embodiment shown in FIG. 1.
  • the user may arbitrarily install the phases of the support structure 24 differently.
  • FIG 3 is an exploded perspective view of a support structure according to one embodiment.
  • the support structure 34 like the support structure 14 according to one embodiment, described above, the inner support 341, the outer support 342 and the intermediate support 343 ), Each inner support 341, outer support 342 and intermediate support 343 may be provided separately and assembled into one support structure 34 while performing the installation. have.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a support structure according to one embodiment.
  • the intermediate support 443 connects the edge of the end of the outer support 442 from the end of the inner support 441 at least once in at least a diagonal direction. It may have a shape bent over.
  • the intermediate support 443 may have a bent shape as well as several times, and according to the bent intermediate support 443, the intermediate support 443 may include the outer container 12 and the inner container 13. By having a long heat transfer path reciprocating several times in between, the adiabatic effect can be further increased.
  • FIG. 5 is a perspective view of an intermediate support according to an embodiment.
  • the intermediate support 543 may have a spring shape, for example, the spring-shaped intermediate support 543 may have one end of the inner support 341 of FIG. 3. It may be connected to the protruding end, and the other end may be connected around the outer support 342 protruding edge.
  • the intermediate support 543 since the intermediate support 543 has the shape of a spring wound a plurality of times, the intermediate support 543 can have a long heat transfer path, so that the inner container 13 and the outer container ( 12) can reduce heat transfer between.
  • the intermediate support 543 is formed in a spring shape, since the vibration and impact between the inner support 341 and the outer support 342 can be alleviated, the inner container 13 is removed from the outer container 12. Effectively support
  • FIG. 6A is a plan view of a support structure according to one embodiment
  • FIG. 6B is a side view of the support structure according to one embodiment
  • FIG. 6C is a perspective view of the support structure according to one embodiment.
  • the support structure 64 may include an outer support 642, an inner support 641, and an intermediate support 643, for example, a support.
  • the structure 64 may be formed of an integral plate.
  • the outer support 642 is supported from the inner circumferential surface of the outer container 12 and spaced apart from the inner container 13, and may be provided with at least three or more.
  • At least three or more outer supports 642 may be supported from the inner circumferential surface of the outer container 12 to protrude inwardly of the support structure 64 but may not contact each other.
  • the inner supporter 641 is a support supported from the outer circumferential surface of the inner container 13 and spaced apart from the inner circumferential surface of the outer container 12, and may be located at the center on the plane of the support structure 64 as shown in FIG. 6A. .
  • the intermediate support 643 is a support connecting between the outer support 642 and the inner support 641, and may respectively connect at least three or more protruding portions of the outer support 642 from the inner support 641.
  • the support structure 64 shown in FIGS. 6A, 6B and 6C, may have four outer supports 642, and the shape of the sides of the support structure 64 may be as shown in FIG. 6B.
  • An inner support 641 located centrally from the distal outer support 642 may have a shape rising from the center.
  • the central portion of the support structure 64 can be bent with a certain curvature, the curvature of which is the size of the outer container 12 and the inner container 13 and It may be appropriately selected depending on the spacing therebetween.
  • the support structure 64 may have a shape that is symmetrical up, down, left, and right with respect to the inner support 641 located at the center of the plane.
  • the shapes of the left and right and the up and down may be exactly symmetrical.
  • the outer support 642 may include four outer supports 642a, 642b, 642c, 642d corresponding to the left and right ends of the support structure 64 and symmetric with each other.
  • the outer support 642 is the first outer support 642a and the second outer support (counterclockwise from the upper left on the basis of the virtual H-H 'and P-P' lines in FIG. 6A). 642b), a third outer support 642c and a fourth outer support 642d.
  • the intermediate support 643 may also include four intermediate supports 643a, 643b, 643c, and 643d that are symmetric to each other.
  • the intermediate support 643 is the first intermediate support 643a, the second intermediate support 643b, in the counterclockwise direction from the upper left on the basis of the virtual H-H 'line and the P-P' line.
  • the third intermediate support 643b and the fourth intermediate support 643d may be included.
  • the intermediate support 643 may connect between the end of the inner support 641 and the outer support 642 which is supported and protruded from the outer container 12.
  • the intermediate support 643 may have a shape that is bent at least one or more times between the inner support 641 and the outer support 642, for example, as shown in FIGS. 6A and 6C, a round arcuate shape. May have
  • the support structure 64 has a long heat transfer path between the inner support 641 and the outer support 642, and between the inner container 13 and the outer container 12, In particular, the axial longitudinal load, vibration and impact of the inner container 13 and the outer container 12 can be effectively alleviated.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a gas container and a support structure including a support structure according to an embodiment
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a gas container and a support structure including a support structure according to an embodiment.
  • the support structure 64 shown in FIGS. 6A, 6B and 6C may be installed in the internal space 16 of the gas container 1, and the support structure 14 of another embodiment may be installed. It can also be installed together.
  • the support structure 64 may be installed in a plurality of sections of the inner space 16, and as illustrated in FIG. 8, a plurality of support structures 64 may be disposed along the circumference of the outer container 12 and the inner container 13. Can be installed side by side.
  • the support structure 64 as shown in FIG. 8, so that the support structure can be installed along the circumference of the outer container 12 and the inner container 13 in a curved shape left and right in the inner space 16,
  • the outer support 642 forming the left and right ends of the 64 can be supported from both points spaced apart along the circumference of the inner circumferential surface of the outer container 12.
  • left and right ends of the support structure 64 that is, the outer support 642 are supported on the inner circumferential surface of the outer container, and the center of the support structure 64, that is, the inner support 641 is the inner container 13.
  • the inner container 13 can be stably supported from the outer container 12.
  • the direction of the vertical drag of the inner support 641 is changed.
  • the vertical drag acting on both outer support 642 acts toward the inner support 641 located in the center, thereby the inner container 13 It is possible to stably support.
  • the outer support 642 is supported on the outer circumferential surface of the inner container 13, and the inner support 641 of the outer container 12 is provided in the inner space 16. It may be possible to change the phase so that it can be supported on the inner circumferential surface.
  • the support structure 64 it is possible to effectively alleviate the movement, rotation and vibration of the inner container 12 relative to the outer container 13 in the axial and circumferential direction, and also, the outer container 13 And heat transfer between the inner container 12.
  • FIG. 9 is a plan view of a support structure according to one embodiment.
  • the support structure 74 may include an outer support 742, an inner support 741, and an intermediate support 743.
  • the support structure 74 may be formed of three outer supports 742a, 742b and 742c and three intermediate supports 743a, 743b and 743c, as shown in FIG. have.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a support structure according to an embodiment.
  • a method of manufacturing a support structure may include a cutting step 91 and a bending step 92.
  • the cutting step 91 may be performed by cutting one plate so that the inner support for supporting the outer circumferential surface of the inner container 13 and the at least three outer support and the inner support for supporting the inner circumferential surface of the outer container 12 and at least It may be a step of forming a preliminary structure comprising an intermediate support connecting three or more outer supports, wherein at least three or more inner supports may not be directly connected to each other.
  • the method of manufacturing the support structure may be a method for manufacturing the support structure 64 shown in FIGS. 6A, 6B, 6C, and 9.
  • the cutting step 91 may be a step of manufacturing one plate-like member through press working, and specifically, the cutting step 91 may be performed by punching and blanking one plate-shaped member ( Through a shearing process, including blanking), it may be a step of manufacturing at least one preliminary structure.
  • the cutting step 91 for manufacturing the support structure 64 shown in Figs. 6A, 6B and 6C 4 having a plate-like member, each of which is symmetrically up, down, left and right with respect to the center At least one preliminary structure comprising two outer supports (642a, 642b, 642c, 642d), one inner support 641, and four intermediate supports (643a, 643b, 643c, 643d). It may be a step of manufacturing through.
  • the bending step 92 may be a step of bending the preliminary structure formed after the cutting step 91 based on an imaginary reference line crossing the inner support.
  • the bending step 92 is such that the inner support 641, which is the central portion of the support structure 64, is bent in the vertical direction.
  • the preliminary structure can be bent.
  • the support structure 64 can be manufactured by bending the preliminary structure based on the imaginary P-P ′ line shown in 6a.

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Abstract

일 실시 예의 가스 용기는 외부 용기, 상기 외부 용기의 내주면으로부터 이격된 상태로 상기 외부 용기의 내부에 배치되고, 내부에 가스를 수용하는 저장 공간을 포함하는 내부 용기 및 상기 외부 용기의 내주면 및 상기 내부 용기의 외주면 사이에 배치되는 적어도 하나 이상의 지지 구조물을 포함하고, 상기 지지 구조물은, 상기 내부 용기의 외주면에 지지되고, 상기 외부 용기의 내주면으로부터 이격되는 내측 지지체, 상기 외부 용기의 내주면에 지지되고, 상기 내부 용기의 외주면으로부터 이격되는 외측 지지체 및 상기 내측 지지체 및 외측 지지체를 연결하고, 상기 외부 용기의 내주면 및 내부 용기의 외주면 각각으로부터 이격 배치되는 중간 지지체를 포함할 수 있다.

Description

지지 구조물을 포함하는 가스 용기
이하의 설명은 지지 구조물을 포함하는 가스 용기에 관한 것이다.
가스의 보관 및 운반 등을 위하여는 가스 용기가 필요하다. 예를 들어, 가스 중 액화천연가스는 대기압에서 -162 °C 의 비등점을 가지므로 일반적으로 -120 °C 이하의 초저온 상태로 저장된다. 이러한 액화천연가스를 보관하고 차량 등의 연료로 공급하는 용기는 그 내부를 낮은 온도로 유지할 필요가 있다.
일반적인 액화천연가스 용기는 액화가스의 저장공간을 형성하는 내부 용기와, 내부 용기의 외측에 형성된 외부 용기와, 그 사이의 단열을 위해 내부 용기와 외부 용기 사이에 마련되는 단열재와, 내부 용기 및 외부 용기의 한 쪽 끝에서, 충전 배관, 배출 배관, 벤트 배관을 관통시키는 포트어셈블리와, 내부 용기와 외부 용기 사이를 구조적으로 고정시키는 서포트부를 포함한다.
이러한 액화천연가스 용기의 구조적 지지는 내부 용기의 양측에 형성된 포트어셈블리와 서포트부를 통해 이루어진다. 종래 액화천연가스 용기의 서포트부의 구성은, 외부 용기의 내측에 양단이 고정된 서포트플레이트와, 내부 용기로부터 돌출되어 서포트플레이트 중앙의 서포트홀을 관통하는 서포트암으로 이루어져 있으며 이를 통해 외부 용기와 내부 용기 사이의 상대운동을 억제한다.
상기 설명된 액화천연가스 용기의 지지구조는 포트어셈블리의 용접부 및 서포트부의 서포트플레이트와 서포트암의 결합부가 모두 금속으로 이루어져 있기 때문에, 이를 통한 내부로 열전달이 일어나게 된다. 이러한 지지구조를 통한 열전달은 실제 액화천연가스 용기를 통한 열전달의 대부분을 차지하며, 국부적으로 액화가스를 증발시키는 문제점이 있다. 또한, 구조적으로도, 지지구조가 연결된 방향과 외부 용기와 내부 용기 사이에 발생할 수 있는 상대운동의 방향이 종종 달라 서포트부에 국부적으로 많은 응력을 발생시키는 문제점이 있다.
일 실시 예의 목적은 지지 구조물을 포함하는 가스 용기를 제공하는 것에 있다.
일 실시 예에 다른 가스 용기는, 외부 용기; 상기 외부 용기의 내주면으로부터 이격된 상태로 상기 외부 용기의 내부에 배치되고, 내부에 가스를 수용하는 저장 공간을 포함하는 내부 용기; 및 상기 외부 용기의 내주면 및 상기 내부 용기의 외주면 사이에 배치되는 적어도 하나 이상의 지지 구조물을 포함하고, 상기 지지 구조물은, 상기 내부 용기의 외주면에 지지되고, 상기 외부 용기의 내주면으로부터 이격되는 내측 지지체; 상기 외부 용기의 내주면에 지지되고, 상기 내부 용기의 외주면으로부터 이격되는 외측 지지체; 및 상기 내측 지지체 및 외측 지지체를 연결하고, 상기 외부 용기의 내주면 및 내부 용기의 외주면 각각으로부터 이격 배치되는 중간 지지체를 포함할 수 있다.
상기 내측 지지체 및 외측 지지체 중 어느 하나의 지지체는, 상기 내부 용기의 외주면 및 상기 외부 용기의 내주면에 수직한 방향으로 돌출되는 기둥 형상을 갖고, 상기 내측 지지체 및 외측 지지체 중 나머지 하나의 지지체는, 상기 내부 용기의 외주면 및 상기 외부 용기의 내주면에 수직한 방향으로 돌출되고 내부가 비어있는 원통 형상을 갖고, 상기 어느 하나의 지지체의 적어도 일부를 수용할 수 있다.
상기 내측 지지체는, 상기 내부 용기의 외주면으로부터 수직으로 돌출되는 기둥 형상을 가지고, 상기 외측 지지체는, 상기 외부 용기의 내주면으로부터 돌출되고, 내부가 비어있는 원통 형상을 가지며, 상기 내측 지지체의 맞은편에 설치되어, 상기 내부에 상기 내측 지지체의 적어도 일부를 수용할 수 있다.
상기 중간 지지체는, 상기 내측 지지체의 돌출된 말단으로부터 상기 외측 지지체의 돌출된 가장자리의 둘레를 경사지게 연결할 수 있다.
상기 중간 지지체는, 기둥형으로 형성된 상기 내측 지지체의 돌출된 말단으로부터 상기 내측 지지체 또는 외측 지지체의 돌출된 가장자리의 둘레를 경사지게 연결하면서, 적어도 한번 이상 절곡될 수 있다.
일 실시 예의 가스 용기는 상기 외부 용기 및 내부 용기의 상단을 관통하는 포트 어셈블리를 더 포함할 수 있고, 상기 지지 구조물은, 상기 가스 용기의 하단에서, 상기 내부 용기 및 외부 용기 사이에 설치될 수 있다.
상기 지지 구조물은, 상기 가스 용기 측면의 둘레를 따라서, 상기 내부 용기 및 외부 용기 사이에서 일정한 간격으로 복수개로 설치될 수 있다.
상기 지지 구조물은, 폴리머(polymer), 폴리아마이드(polyamide) 및 4불화 에틸렌(polytetrafluoroethylene) 중 적어도 하나 이상의 단열 재질로 형성될 수 있다.
상기 내측 지지체, 외측 지지체 및 중간 지지체가 일체로 형성될 수 있다.
일 실시 예의 가스 용기는 상기 외부 용기 및 내부 용기 사이에 배치되는 단열재를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예의 가스 용기는, 상기 내측 지지체, 외측 지지체 및 중간 지지체가 일체로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 예의 가스 용기는 상기 외부 용기 및 내부 용기 사이에 배치되는 단열재를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예의 가스 용기는 외부 용기; 상기 외부 용기의 내주면으로부터 이격된 상태로 상기 외부 용기의 내부에 배치되고, 내부에 가스를 수용하는 저장 공간을 포함하는 내부 용기; 및 상기 외부 용기의 내주면 및 상기 내부 용기의 외주면 사이에 배치되는 적어도 하나 이상의 지지 구조물을 포함하고,
상기 지지 구조물은, 상기 내부 용기의 외주면으로부터 지지되고, 외부 용기로부터 이격된 내측 지지체; 상기 외부 용기의 내주면으로부터 지지되고, 상기 내부 용기로부터 이격되는 적어도 3 개 이상의 외측 지지체; 및 상기 적어도 3 개 이상의 외측 지지체와 상기 내측 지지체 사이를 연결하는 중간 지지체를 포함할 수 있다.
상기 외측 지지체, 내측 지지체 및 중간 지지체는 일체의 플레이트로 형성될 수 있다.
상기 중간 지지체는 적어도 1 회 이상 절곡된 형상을 가질 수 있다.
상기 지지 구조물은 정면, 측면 및 평면상에서 대칭이고,
상기 지지 구조물의 평면상의 중심에서의 종단면은,
Figure PCTKR2017015217-appb-img-000001
모양이고,
상기 지지 구조물의 평면상의 중심에서의 횡단면은,
Figure PCTKR2017015217-appb-img-000002
모양일 수 있다.
외부 용기와, 상기 외부 용기의 내주면으로부터 이격된 상태로 상기 외부 용기의 내부에 배치되고, 내부에 가스를 수용하는 저장 공간을 포함하는 내부 용기의 사이에 배치되는 지지 구조물을 제조하는 방법에 있어서, 일 실시 예에 따른 지지 구조물을 제조하는 방법은, 하나의 플레이트를 절삭하여, 상기 내부 용기의 외주면을 지지하기 위한 내측 지지체와, 상기 외부 용기의 내주면을 지지하기 위한 적어도 3 개 이상의 외측 지지체와 상기 적어도 3 개 이상의 외측 지지체와 상기 내측 지지체를 연결하는 중간 지지체를 포함하는 적어도 하나 이상의 예비 구조물을 형성하는 절삭 단계; 및 상기 내측 지지체를 가로지르는 가상의 기준선을 기준으로 상기 예비 구조물을 절곡시키는 절곡 단계를 포함할 수 있다.
상기 절삭 단계는, 상기 하나의 플레이트의 중심을 기준으로 상하 및 좌우 각각 대칭하는 형상의 프레스 기구를 이용하여, 서로 대칭적인 형상의 4 개의 외측 지지체와, 1 개의 내측 지지체와, 4 개의 중간 지지체를 포함하는 상기 예비 구조물을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 예비 구조물에 있어서, 상기 4 개의 외측 지지체는 각각 서로 직접적으로 연결되지 않을 수 있다.
일 실시 예의 지지 구조물을 포함하는 가스 용기에 의하면, 가스 용기의 외부 용기 및 내부 용기 사이에, 긴 열전달 경로를 가지고, 낮은 열전도계수를 가진 지지 구조물을 설치하여 용기의 단열성능을 향상시키고 천연가스의 증발을 억제할 수 있다.
통상의 가스 용기에서는 가스가 출입하는 포트어셈블리가 내부 용기를 구조적으로 지지하는 기능까지 갖추도록 두꺼운 금속 재질로 이루어져 있어 막대한 열전달과 가스 증발을 야기하였다. 그러나 본 가스 용기에서는 포트 어셈블리와 지지체를 기능적으로 분리하여 내부 용기로의 열침투 저감을 위한 다양한 재료와 방안을 적용할 수 있고, 용기의 단열성능을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 지지 구조물을 용기의 하단 및 측면에 일정 간격으로 이격하여 배치함으로써, 내부 용기와 외부 용기의 상대운동을 효과적으로 억제하고, 수송 중의 충격을 완화하여 용기의 구조적 안정성을 높일 수 있다.
도 1은, 일 실시 예에 따른 지지 구조물을 포함하는 가스 용기 및 지지 구조물의 단면도이다.
도 2는, 일 실시 예에 따른 지지 구조물을 포함하는 가스 용기 및 지지 구조물의 단면도이다.
도 3는, 일 실시 예에 따른 지지 구조물의 분해 사시도이다.
도 4은, 일 실시 예에 따른 지지 구조물의 단면도이다.
도 5는, 일 실시 예에 따른 중간 지지체의 사시도이다.
도 6a은, 일 실시 예에 따른 지지 구조물의 평면도이다.
도 6b은, 일 실시 예에 따른 지지 구조물의 측면도이다.
도 6c은, 일 실시 예에 따른 지지 구조물의 사시도이다.
도 7은, 일 실시 예에 따른 지지 구조물을 포함하는 가스 용기 및 지지 구조물의 단면도이다.
도 8은, 일 실시 예에 따른 지지 구조물을 포함하는 가스 용기 및 지지 구조물의 단면도이다.
도 9는, 일 실시 예에 따른 지지 구조물의 평면도이다.
도 10은, 일 실시 예에 따른 지지 구조물을 제조하는 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은, 일 실시 예의 지지 구조물을 포함하는 가스 용기 및 지지체의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 지지 구조물(14)을 포함하는 가스 용기(1)는, 가스를 보관하기 위한 용기이며, 예를 들어, 액화천연가스(liquefied natural gas)를 보관하는 용기일 수 도 있다. 예를 들어, 가스 용기(1)는, 외부 용기(12), 내부 용기(13), 외부 용기(12) 및 내부 용기(13) 사이의 내부 공간(16), 내부 공간(16)에 형성되는 단열재, 포트 어셈블리(15) 및 지지 구조물(14)을 포함할 수 있다.
외부 용기(12)는, 지지 구조물(14)을 포함하는 가스 용기(1)의 외면을 형성하며, 상하 방향으로 길게 확장된 원통형 형상을 가질 수 있다.
내부 용기(13)는, 내부에 가스를 보관하는 저장 공간을 포함하고, 외부 용기(12)와 동축을 가진 원통형 형상을 가질 수 있고, 외부 용기(12)의 내부에서 외부 용기(12)의 내주면으로부터 이격되어 배치될 수 있다.
내부 용기(13)가 외부 용기(12) 내에 설치됨으로써, 내부 용기(13) 및 외부 용기(12)사이에서 내부 공간(16)이 형성될 수 있고, 내부 공간(16)은, 내부 용기(13) 및 외부 용기(12)의 축 둘레를 따라서 같은 간격을 가질 수 있다.
또한, 내부 공간(16)에는 내부 용기(13)에 수용된 가스의 단열을 위해서 단열재가 설치될 수 있다. 예를 들어, 단열재는 금속코팅 필름 및 글라스 울(glass wool) 등의 낮은 열전도도를 가진 심재로 구성될 수 있다. 예를 들어, 내부 공간(16)은 진공으로 유지되어, 외부 용기(12) 및 내부 용기(13) 사이의 대류 열전달 및 공기에 의한 열전도를 감소시킬 수 있다.
포트 어셈블리(15)는 가스의 출입을 안내하는 복수개의 포트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1과 같이, 외부 용기(12) 및 내부 용기(13)의 상단을 관통하여 배치될 수 있으며, 외부 용기(12)에 대해서 내부 용기(13)를 지지하는 역할을 수행할 수 도 있다.
포트 어셈블리(15)에는, 포트 어셈블리(15)의 복수개의 포트를 통해서 외부 용기(12) 외부와 내부 용기(13) 내부의 저장 공간을 연결하는 충전 배관, 배출 배관 및 벤트 배관이 설치될 수 있다.
지지 구조물(14)은 내부 공간(16)에 설치될 수 있고, 외부 용기(12) 및 내부 용기(13)사이를 연결하여 외부 용기(12)에 대하여 내부 용기(13)의 상대적인 움직임을 감쇄시키고, 길고 좁은 열 전달 경로를 형성함으로써 열전달을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 지지 구조물(14)은, 내측 지지체(141), 외측 지지체(142) 및 중간 지지체(143)를 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 내측 지지체(141)는, 내부 용기의 외주면으로부터 수직방향으로 돌출된 기둥 형태로 형성되고, 돌출된 말단은 외부 용기(12)로부터 이격되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 기둥 형태는, 원기둥, 삼각기둥 및 사각 기둥 등 다양한 단면의 형태를 가진 기둥으로 형성될 수 있다.
외측 지지체(142)는 외부 용기의 내주면으로부터 내부가 비어있는 원통 형태로 돌출되어 형성되고, 내측 지지체(141)의 맞은편에 형성되며, 내측 지지체(141)와 동축을 가진 형상을 가질 수도 있다.
또한, 외측 지지체(142)의 직경은 내측 지지체(141)의 직경보다 크게 형성될 수 있고, 외측 지지체(141)의 돌출된 말단은 내부 용기(13)에 이격되어 형성될 수 있으며, 외측 지지체(142)는, 내부에 맞은편의 내측 지지체(141)의 적어도 일부를 수용할 수 있다.
중간 지지체(143)는 내측 지지체(141) 및 외측 지지체(142)를 연결하는 요소로, 내측 지지체(141)의 돌출된 일단으로부터, 외측 지지체(142)의 돌출된 가장자리를 연결하고, 이를 덮도록 형성될 수 있다.
내측 지지체(141)의 일부가 외측 지지체(142) 내부에 수용되어 있는 경우, 중간 지지체(143)는 내측 지지체(141)의 돌출된 일단으로부터 외측 지지체(142)의 돌출된 가장자리의 둘레를 연결하도록, 경사지게 형성될 수 있다. 이에 따라, 외측 지지체(142) 및 중간 지지체(143)가 결합된 상태의 측단면은, 도 1과 같이 'M'자 형태일 수 있다.
위와 같은 구조에 의하면, 내부 용기(13) 및 외부 용기(12)에 걸쳐서 내부 공간(16)에 설치되는 지지 구조물(14)은, 내부 용기(13) 및 외부 용기(12)에 접촉하는 부위를 최소화 하면서, 'M'자형의 단면에 따라, 열전달 경로가 상하로 왕복하면서 형성될 수 있고, 또한, 긴 열전달 경로를 가질 수 있음에 따라, 높은 단열 성능을 제공할 수 있다.
또한, 지지 구조물(14)은 외부 용기(12)에 대해서 내부 용기(13)의 상하좌우 병진 운동 및 회전 운동을 억제할 수 있다. 예를 들어, 내측 지지체(141) 및 외측 지지체(142)는 가스 용기(1)의 하중 및 내외부의 압력차이로 인한 압력을 견디기 위해 소재의 압축응력을 고려하여 설계된다.
한편, 가스 용기(1)에는, 앞서 설명한, 일 실시 예에 따른 지지 구조물(14)의 상하의 위상이 뒤집어져서 설치되는 것도 가능할 수 있다. 이는 도 2를 참조하여 후술하기로 한다.
또한, 일 실시 예에 따른 중간 지지체(143)는, 내측 지지체(141) 및 외측 지지체(142)와 일체형으로 제작될 수 있다. 하지만, 다른 실시 예로, 강성이 있는 소재를 이용하여 지지 구조물(34)을 분리형으로 제작하여, 내측 지지체(341), 외측 지지체(342) 및 중간 지지체(343)가 조립되어 설치되는 것 또한 가능하며, 이는 도 3을 참조하여 후술하기로 한다.
지지 구조물(14)은, 도 1과 같이, 내부 공간(16)의 하측에 설치될 수 있고, 중심축에 해당하는 위치에 설치될 수 있으며, 또한, 하나 이상의 지지 구조물(14)이 설치될 수도 있다. 이 경우, 지지 구조물(14)은, 내부 용기(13) 및 외부 용기(12) 사이에서 작용하는 축 방향으로의 하중 및 압력을 지지할 수 있다.
또한, 지지 구조물(14)은, 내부 용기(13) 및 외부 용기(12)의 축의 둘레에 해당하는 내부 공간(16)에서 일정한 간격으로 복수개로 설치될 수 있다. 위와 같은 구조를 통해서, 지지 구조물(14)은 내부 용기(13) 및 외부 용기(12) 사이에서 일어나는 상하좌우 병진 운동 및 회전운동을 억제할 수 있다.
예를 들어 지지 구조물(14)은 가스 용기(1)의 설치방식 및 하중의 크기에 따라서, 단면적의 크기, 재료 및 배치 간격 등이 유연하게 변경될 수 있다.
일 실시 예의 가스 용기(1)의 지지 구조물(14)은 다음의 수학식 1 및 2를 이용하여 설계된다.
Figure PCTKR2017015217-appb-img-000003
수학식 1 및 2에서 P_ext는 외부 용기(12) 및 내부 용기(13) 사이에 발생하는 하중을 나타내고, S는 외부 용기(12) 및 내부 용기(13)의 안전계수를 나타낸다. σ_YS 는 지지 구조물(14)의 항복강도를, E는 지지 구조물(14)의 영률(Young's modulus)을 나타낸다. H는 지지 구조물(14)의 높이를, d는 내측 지지체(141)의 반지름을 나타내며 I는 지지 구조물(14)의 관성모멘트를 나타낸다.
외측 지지체(142)를 설계할 때에는, 수학식 1의 πd 2에 해당하는 면적으로 설계 될 수 있으며, 수학식 1에 따르며, 배치 간격에 따라 해당하는 하중을 받치기 위해 지지 구조물(14)의 단면적이 바뀌어야 한다는 것을 알 수 있다.
수학식 2는 지지 구조물(14)의 좌굴을 막기 위해 배치 간격에 따라 해당하는 하중 및 외부 용기(12)와 내부 용기(13) 사이의 간격에 따라 지지 구조물(14)의 단면적의 재질이 바뀔 수 있다는 것을 나타낸다.
지지 구조물의 소재는 재료의 성능지수 및 저온에서의 강도 특성을 고려하여 선정될 수 잇다. 재료의 성능지수는 다음과 같이 수학식 3으로 나타난다.
Figure PCTKR2017015217-appb-img-000004
여기에서 Z는 성능 지수, σ_YS 는 지지 구조물(14) 소재의 항복강도, k는 소재의 열전도계수를 의미한다. 수학식 1에서 지지 구조물(14) 소재의 항복강도가 높을수록 지지 구조물(14)의 단면적을 줄일 수 있음을 알 수 있다.
이에 따라 성능 지수가 클수록 같은 강도에서 낮은 열전도 계수를 가지는 소재이므로 용기의 지지 구조물(14)로서 바람직 할 수 있다.
예를 들어, 지지 구조물(14)은 높은 성능 지수를 지니는 폴리머류를 지지 구조물(14)의 소재로 사용할 수 있고, 보다 상세하게는 저온에서 뛰어난 강도 특성을 가지는 폴리아마이드(Polyamide) 또는 4불화에틸렌 (Polytetrafluoroethylene)을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
기존의 가스 용기에서, 단열재로 감싼 용기의 측면의 단열성능은 우수하나 가스 용기 하단의 서포트부를 통하여 많은 열이 침투된다. 구체적으로는, 스테인레스 스틸 재질의 2 cm 지름의 원통형 봉과 3 mm 두께의 플레이트로 구성된 서포트부의 열저항은 27.3 K/W로서 전체 열손실의 30% 이상을 차지하였다. 상기 지지 구조물(14)을 적용한 가스 용기(1)의 경우 지지 구조물(14)에 의한 열저항은 수학식 4와 같이 나타난다.
Figure PCTKR2017015217-appb-img-000005
부등호는 왕복지지구조에 의한 열저항 증가에 따른 것이며 우변의 값의 2배 가량의 열저항 값을 가진다. 안전계수 3을 적용한 나일론 소재의 지지 구조물(14)을 사용할 경우 지지 구조물(14)에 의한 열저항은 70~150 K/W 정도로 기존 서포트부에서 일어나던 열손실을 1/3 이하로 줄일 수 있다.
도 2는, 일 실시 예에 따른 지지 구조물을 포함하는 가스 용기 및 지지 구조물의 단면도이다
도 2를 참조하면, 가스 용기(1)의 내부 공간(16)에 설치되는 지지 구조물(24)은, 도 1에 도시된, 일 실시 예의 지지 구조물(14)의 상하가 뒤집힌 상태일 수 도 있다.
다시 말해, 외측 지지체(242)는 외부 용기(12)의 내주면으로 돌출되는 기둥 형상을 가질 수 있고, 내측 지지체(241)는 내부 용기(13)의 외주면으로 돌출되는 원통형 형상을 가질 수 있으며, 중간 지지체(243)는 도 1에 도시된, 일 실시 예의 중간 지지체(143)에서 상하가 뒤집어진 상태로, 내측 지지체(241) 및 외측 지지체(242)의 사이를 연결할 수 있다.
또한, 가스 용기(1)의 내부 공간(16)에 지지 구조물(24)의 설치를 수행하면서, 지지 구조물(24)의 상하의 위상을 사용자가 임의로 각각 다르게 설치하는 것도 가능함은 물론이다.
도 3은, 일 실시 예에 따른 지지 구조물의 분해 사시도이다.
도 3을 참조하면, 일 실시 예에 따른 지지 구조물(34)은, 앞서 설명한, 일 실시 예에 따른 지지 구조물(14)과 마찬가지로, 내측 지지체(341), 외측 지지체(342) 및 중간 지지체(343)를 포함할 수 있지만, 각각의 내측 지지체(341), 외측 지지체(342) 및 중간 지지체(343)가 분리형으로 제공될 수 있고, 설치를 수행하면서, 하나의 지지 구조물(34)로 조립될 수 있다.
도 4는, 일 실시 예에 따른 지지 구조물의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 일 실시 예에 따른 지지 구조물(44)에 의하면, 중간 지지체(443)가 내측 지지체(441)의 말단으로부터 외측 지지체(442) 말단의 가장자리를 연결하면서 적어도 대각선 방향으로 적어도 한번 이상 절곡된 형상을 가질 수 있다.
예를 들어, 중간 지지체(443)는 한번뿐만 아니라 여러 차례 절곡된 형상을 가질 수도 있으며, 절곡된 중간 지지체(443)에 의하면, 중간 지지체(443)가 외부 용기(12) 및 내부 용기(13) 사이에서 여러 번 왕복하는 긴 열전달 경로를 가짐으로써, 단열 효과를 더욱 증대시킬 수 있다.
도 5는, 일 실시 예에 따른 중간 지지체의 사시도이다.
도 5를 참조하면, 일 실시 예에 따른 중간 지지체(543)는 스프링 형상을 가질 수 있고, 예를 들어, 스프링 형태의 중간 지지체(543)는 일단은 도 3의 도시된 내측 지지체(341)의 돌출된 말단에 연결될 수 있고, 타단이 외측 지지체(342) 돌출된 가장자리의 둘레에 연결될 수 있다.
스프링 형태의 중간 지지체(543)에 의하면, 중간 지지체(543)는, 복수회 권선된 스프링의 형상을 가지고 있기 때문에, 긴 열 전달 경로를 가질 수 있음에 따라서, 내부 용기(13) 및 외부 용기(12) 사이의 열 전달을 줄일 수 있다.
또한, 중간 지지체(543)는 스프링 형태로 형성됨에 따라서, 내측 지지체(341) 및 외측 지지체(342) 상호간의 진동 및 충격을 완화시킬 수 있기 때문에, 외부 용기(12)로부터 내부 용기(13)를 효과적으로 지지할 수 있다.
도 6a은, 일 실시 예에 따른 지지 구조물의 평면도이고, 도 6b은, 일 실시 예에 따른 지지 구조물의 측면도이고, 도 6c은, 일 실시 예에 따른 지지 구조물의 사시도이다.
도 6a, 6b 및 6c를 참조하면, 일 실시 예에 따른 지지 구조물(64)은, 외측 지지체(642), 내측 지지체(641) 및 중간 지지체(643)를 포함할 수 있고, 예를 들어, 지지 구조물(64)은, 일체의 플레이트로 형성될 수 도 있다.
외측 지지체(642)는, 외부 용기(12)의 내주면으로부터 지지되고, 내부 용기(13)로부터는 이격되는 지지체로서, 적어도 3 개 이상으로 구비될 수 있다.
적어도 3 개 이상의 외측 지지체(642)는, 외부 용기(12)의 내주면으로부터 지지되어 지지 구조물(64)의 안쪽 방향으로 돌출되되 서로간에는 접촉하지 않을 수 있다.
내측 지지체(641)는, 내부 용기(13)의 외주면으로부터 지지되고, 외부 용기(12)의 내주면으로부터 이격되는 지지체로서, 도 6a와 같이, 지지 구조물(64)의 평면상의 중심에 위치할 수 있다.
중간 지지체(643)는, 외측 지지체(642) 및 내측 지지체(641) 사이를 연결하는 지지체로서, 내측 지지체(641)로부터 적어도 3 개 이상의 외측 지지체(642)의 돌출된 부분을 각각 연결할 수 있다.
예를 들면, 도 6a, 6b 및 6c에 도시된, 지지 구조물(64)은, 외측 지지체(642)가 4 개로 구성될 수 있고, 지지 구조물(64)의 측면의 형태는, 도 6b와 같이, 말단의 외측 지지체(642)로부터 중심에 위치한 내측 지지체(641)가 중앙에서 솟아있는 형태를 가질 수 있다.
다시 말하면, 지지 구조물(64)은 측면에서 바라볼 때, 지지 구조물(64)의 중앙 부분이 특정 곡률을 가지며 절곡될 수 있고, 곡률은, 외부 용기(12) 및 내부 용기(13)의 크기 및 사이의 간격에 따라 적절하게 선택될 수 있다.
예를 들어, 지지 구조물(64)은, 도 6a와 같이, 평면상의 중심에 위치한 내측 지지체(641)를 기준으로 상하 및 좌우로 대칭되는 형상을 가질 수 있다. 다시 말하면, 내측 지지체(641)를 가로 및 세로 방향으로 가로지르는 가상의 H-H'선 및 P-P'선을 기준으로, 좌우 및 상하의 형상이 정확히 대칭되는 형상을 가질 수 있다.
위와 같은 형상에 따라서, 외측 지지체(642)는, 지지 구조물(64)의 좌우측의 말단에 해당하고 서로 대칭되는 4 개의 외측 지지체(642a, 642b, 642c, 642d)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 외측 지지체(642)는, 도 6a의 가상의 H-H'선 및 P-P'선을 기준으로 좌측 상단으로부터 반 시계방향으로, 제 1 외측 지지체(642a), 제 2 외측 지지체(642b), 제 3 외측 지지체(642c) 및 제 4 외측 지지체(642d)를 포함할 수 있다.
마찬가지로, 중간 지지체(643)는, 외측 지지체(642)가 4 개로 구비됨에 따라서, 중간 지지체(643) 또한 서로 대칭되는 4 개의 중간 지지체(643a, 643b, 643c, 643d)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 중간 지지체(643)는, 가상의 H-H'선 및 P-P'선을 기준으로 좌측 상단으로부터 반 시계방향으로, 제 1 중간 지지체(643a), 제 2 중간 지지체(643b), 제 3 중간 지지체(643b) 및 제 4 중간 지지체(643d)를 포함할 수 있다.
중간 지지체(643)는, 내측 지지체(641)와 외부 용기(12)로부터 지지되어 돌출된 외측 지지체(642)의 말단의 사이를 연결할 수 있다. 예를 들어, 중간 지지체(643)는, 내측 지지체(641) 및 외측 지지체(642) 사이에서 적어도 1 회 이상 절곡된 형상을 가질 수 있고, 예를 들어, 도 6a 및 6c 와 같이, 둥근 아치형 형상을 가질 수도 있다.
아치형 중간 지지체(643)에 의하면, 지지 구조물(64)은, 내측 지지체(641) 및 외측 지지체(642) 사이에서 긴 열 전달 경로를 가질 있고, 내부 용기(13) 및 외부 용기(12) 사이, 특히 내부 용기(13) 및 외부 용기(12)의 축 길이방향의 하중, 진동 및 충격을 효과적으로 완화시킬 수 있다.
도 7은, 일 실시 예에 따른 지지 구조물을 포함하는 가스 용기 및 지지 구조물의 단면도이고, 도 8은, 일 실시 예에 따른 지지 구조물을 포함하는 가스 용기 및 지지 구조물의 단면도이다.
도 7 및 8을 참조하면, 가스 용기(1)의 내부 공간(16)에는, 도 6a, 6b 및 6c에 도시된 지지 구조물(64)이 설치될 수 있고, 다른 실시 예의 지지 구조물(14)과 같이 설치될 수도 있다.
지지 구조물(64)은, 도 7 및 8과 같이, 내부 공간(16)의 복수개의 구간에서 설치될 수 있고, 도 8과 같이, 외부 용기(12) 및 내부 용기(13)의 둘레를 따라 복수개로 나란히 설치될 수도 있다.
또한, 지지 구조물(64)은, 도 8과 같이, 내부 공간(16)에서 좌우로 굴곡진 형상으로 외부 용기(12) 및 내부 용기(13)의 원주를 둘레를 따라서 설치될 수 있도록, 지지 구조물(64)의 좌우측 말단을 형성하는 외측 지지체(642)가 외부 용기(12)의 내주면의 둘레를 따라 이격된 2 지점 양쪽으로부터 지지될 수 있다.
도 8과 같이 지지 구조물(64)의 좌우의 말단, 즉, 외측 지지체(642)가 외부 용기의 내주면에 지지되고, 지지 구조물(64)의 중앙, 즉, 내측 지지체(641)가 내부 용기(13)의 외주면에 지지되면, 외부 용기(12)로부터 내부 용기(13)를 안정적으로 지지할 수 있다. 구체적으로, 도 8의 구조에 따르면, 외부 용기(12)의 내주면에 지지 구조물(64)의 좌우측 말단에 해당하는 외측 지지체(642)가 지지되기 때문에, 내측 지지체(641)의 수직 항력의 방향이 외부 용기(12) 및 내부 용기(13)의 중심의 방향으로 향하게 됨으로써, 양쪽의 외측 지지체(642)에 작용하는 수직 항력이 중앙에 위치한 내측 지지체(641)를 향하여 작용함으로써, 내부 용기(13)를 안정적으로 지지할 수 있게 된다.
한편, 도 8과 달리 지지 구조물(64)은, 내부 공간(16) 안에서, 외측 지지체(642)가 내부 용기(13)의 외주면에 지지되고, 내측 지지체(641)가, 외부 용기(12)의 내주면에 지지될 수 있도록 위상을 바꿔서 설치하는 것도 가능할 것이다.
위와 같은, 지지 구조물(64)에 의하면, 외부 용기(13)에 대한 내부 용기(12)의 상대적인 축 방향 및 원주 방향의 이동, 회전 및 진동을 효과적으로 완화시킬 수 있으며, 또한, 외부 용기(13) 및 내부 용기(12) 사이의 열 전달을 경감시킬 수 있다.
도 9는, 일 실시 예에 따른 지지 구조물의 평면도이다.
도 9를 참조하면, 일 실시 예에 따른 지지 구조물(74)은, 외측 지지체(742), 내측 지지체(741) 및 중간 지지체(743)를 포함할 수 있다.
지지 구조물(74)은, 도 9와 같이, 3 개의 외측 지지체(742a, 742b, 742c) 및 3 개의 중간 지지체(743a, 743b, 743c)로 형성될 수 있고, 좌우가 비대칭적인 형상으로 형성될 수 있다.
도 10은, 일 실시 예에 따른 지지 구조물을 제조하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 10을 참조하면, 일 실시 예에 따른 지지 구조물을 제조하는 방법은, 절삭 단계(91) 및 절곡 단계(92)를 포함할 수 있다.
절삭 단계(91)는, 하나의 플레이트를 절삭하여, 내부 용기(13)의 외주면을 지지하기 위한 내측 지지체와 외부 용기(12)의 내주면을 지지하기 위한 적어도 3 개 이상의 외측 지지체와 내측 지지체 및 적어도 3 개 이상의 외측 지지체를 연결하는 중간 지지체를 포함하는 예비 구조물을 형성하는 단계 일 수 있고, 여기서, 적어도 3 개 이상의 내측 지지체는, 서로 직접적으로 연결되지 않을 수 있다.
예를 들어, 지지 구조물을 제조하는 방법은, 도 6a, 6b, 6c 및 도 9에 도시된 지지 구조물(64)을 제조하기 위한 방법일 수 있다.
예를 들어, 절삭 단계(91)는 하나의 플레이트형 부재를 프레스 가공을 통해서 제조하는 단계일 수 있고, 구체적으로, 절삭 단계(91)는, 하나의 플레이트형 부재를 펀칭(punching) 및 블랭킹(blanking) 등을 포함하는 전단 가공을 통해서, 적어도 하나 이상의 예비 구조물을 제조하는 단계일 수 있다.
예를 들어, 도 6a, 6b 및 6c 에 도시된 지지 구조물(64)을 제조하기 위한 절단 단계(91)의 경우, 하나의 플레이트형 부재를 가지고 중심을 기준으로 상하 및 좌우 각각 대칭하는 형상의 4 개의 외측 지지체((642a, 642b, 642c, 642d))와, 1 개의 내측 지지체(641)와, 4 개의 중간 지지체(643a, 643b, 643c, 643d)를 포함하는 적어도 하나 이상의 예비 구조물을 프레스 가공을 통해 제조하는 단계일 수 있다.
절곡 단계(92)는, 절삭 단계(91) 이후 형성된 예비 구조물을 내측 지지체를 가로지르는 가상의 기준선을 기준으로, 절곡 시키는 단계일 수 있다.
예를 들어, 도 6a, 6b 및 6c에 도시된 지지 구조물(64)을 제조하는 경우, 절곡 단계(92)는, 지지 구조물(64)의 중앙 부분인 내측 지지체(641)가 상하 방향으로 굴곡지도록, 예비 구조물을 절곡시킬 수 있다. 다시 말하면, 6a에 도시된 가상의 P-P'선을 기준으로 예비 구조물을 절곡시킴으로써 지지 구조물(64)을 제조할 수 있다.
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시 예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (18)

  1. 외부 용기;
    상기 외부 용기의 내주면으로부터 이격된 상태로 상기 외부 용기의 내부에 배치되고, 내부에 가스를 수용하는 저장 공간을 포함하는 내부 용기; 및
    상기 외부 용기의 내주면 및 상기 내부 용기의 외주면 사이에 배치되는 적어도 하나 이상의 지지 구조물을 포함하고,
    상기 지지 구조물은,
    상기 내부 용기의 외주면에 지지되고, 상기 외부 용기의 내주면으로부터 이격되는 내측 지지체;
    상기 외부 용기의 내주면에 지지되고, 상기 내부 용기의 외주면으로부터 이격되는 외측 지지체; 및
    상기 내측 지지체 및 외측 지지체를 연결하고, 상기 외부 용기의 내주면 및 내부 용기의 외주면 각각으로부터 이격 배치되는 중간 지지체를 포함하는 가스 용기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내측 지지체 및 외측 지지체 중 어느 하나의 지지체는, 상기 내부 용기의 외주면 및 상기 외부 용기의 내주면에 수직한 방향으로 돌출되는 기둥 형상을 갖고,
    상기 내측 지지체 및 외측 지지체 중 나머지 하나의 지지체는, 상기 내부 용기의 외주면 및 상기 외부 용기의 내주면에 수직한 방향으로 돌출되고 내부가 비어있는 원통 형상을 갖고, 상기 어느 하나의 지지체의 적어도 일부를 수용하는 가스 용기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 내측 지지체는,
    상기 내부 용기의 외주면으로부터 수직으로 돌출되는 기둥 형상을 가지고,
    상기 외측 지지체는,
    상기 외부 용기의 내주면으로부터 돌출되고, 내부가 비어있는 원통 형상을 가지며, 상기 내측 지지체의 맞은편에 설치되어, 내부에 상기 내측 지지체의 적어도 일부를 수용하는 가스 용기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 중간 지지체는,
    상기 내측 지지체의 돌출된 말단으로부터 상기 외측 지지체의 돌출된 가장자리의 둘레까지 경사지게 연결하는 가스 용기.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 중간 지지체는,
    기둥형으로 형성된 상기 내측 지지체의 돌출된 말단으로부터 상기 내측 지지체 또는 외측 지지체의 돌출된 가장자리의 둘레를 경사지게 연결하면서, 적어도 한번 이상 절곡되는 가스 용기.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 중간 지지체는,
    상기 내측 지지체의 돌출된 말단으로부터 상기 외측 지지체의 돌출된 가장자리의 둘레까지 경사지게 연결하는 스프링 모양으로 형성된 가스 용기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 용기 및 내부 용기의 상단을 관통하는 포트 어셈블리를 더 포함하고,
    상기 지지 구조물은,
    상기 가스 용기의 하단에서, 상기 내부 용기 및 외부 용기 사이에 설치되는 가스 용기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 지지 구조물은,
    상기 가스 용기의 측면의 둘레를 따라서, 상기 내부 용기 및 외부 용기 사이에서 일정한 간격으로 복수개로 설치되는 가스 용기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지 구조물은,
    폴리머(polymer), 폴리아마이드(polyamide) 및 4불화 에틸렌(polytetrafluoroethylene) 중 적어도 하나 이상의 단열 재질로 형성되는 가스 용기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 내측 지지체, 외측 지지체 및 중간 지지체가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 용기.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 용기 및 내부 용기 사이에 배치되는 단열재를 더 포함하는 가스 용기.
  12. 외부 용기;
    상기 외부 용기의 내주면으로부터 이격된 상태로 상기 외부 용기의 내부에 배치되고, 내부에 가스를 수용하는 저장 공간을 포함하는 내부 용기; 및
    상기 외부 용기의 내주면 및 상기 내부 용기의 외주면 사이에 배치되는 적어도 하나 이상의 지지 구조물을 포함하고,
    상기 지지 구조물은,
    상기 내부 용기의 외주면으로부터 지지되고, 외부 용기로부터 이격된 내측 지지체;
    상기 외부 용기의 내주면으로부터 지지되고, 상기 내부 용기로부터 이격되는 적어도 3 개 이상의 외측 지지체; 및
    상기 적어도 3 개 이상의 외측 지지체와 상기 내측 지지체 사이를 연결하는 중간 지지체를 포함하는 가스 용기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 외측 지지체, 내측 지지체 및 중간 지지체는 일체의 플레이트로 형성되는 가스 용기.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 중간 지지체는 적어도 1 회 이상 절곡된 형상을 갖는 가스 용기.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 지지 구조물은 정면, 측면 및 평면상에서 대칭이고,
    상기 지지 구조물의 평면상의 중심에서의 종단면은,
    Figure PCTKR2017015217-appb-img-000006
    모양이고,
    상기 지지 구조물의 평면상의 중심에서의 횡단면은,
    Figure PCTKR2017015217-appb-img-000007
    모양인 가스용기.
  16. 외부 용기와, 상기 외부 용기의 내주면으로부터 이격된 상태로 상기 외부 용기의 내부에 배치되고, 내부에 가스를 수용하는 저장 공간을 포함하는 내부 용기의 사이에 배치되는 지지 구조물의 제조 방법에 있어서,
    하나의 플레이트를 절삭하여, 상기 내부 용기의 외주면을 지지하기 위한 내측 지지체와, 상기 외부 용기의 내주면을 지지하기 위한 적어도 3 개 이상의 외측 지지체와 상기 적어도 3 개 이상의 외측 지지체와 상기 내측 지지체를 연결하는 중간 지지체를 포함하는 예비 구조물을 형성하는 절삭 단계; 및
    상기 내측 지지체를 가로지르는 가상의 기준선을 기준으로 상기 예비 구조물을 절곡시키는 절곡 단계를 포함하는 지지 구조물을 제조하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 절삭 단계는,
    상기 하나의 플레이트의 중심을 기준으로 상하 및 좌우 각각 대칭하는 형상의 프레스 기구를 이용하여, 서로 대칭적인 형상의 4 개의 외측 지지체와, 1 개의 내측 지지체와, 4 개의 중간 지지체를 포함하는 상기 예비 구조물을 형성하는 단계를 포함하는 지지 구조물을 제조하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 예비 구조물에 있어서, 상기 4 개의 외측 지지체는 각각 서로 직접적으로 연결되지 않는 지지 구조물을 제조하는 방법.
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