KR20200033642A

KR20200033642A - 액체수소 저장탱크를 포함하는 액체수소 충전시스템 및 충전방법

Info

Publication number: KR20200033642A
Application number: KR1020180113196A
Authority: KR
Inventors: 장세철; 김서영
Original assignee: 하이리움산업(주)
Priority date: 2018-09-20
Filing date: 2018-09-20
Publication date: 2020-03-30
Anticipated expiration: 2038-09-20
Also published as: KR102130703B1; US20200096157A1

Abstract

액체수소 저장탱크를 포함하는 액체수소 충전시스템 및 충전방법이 개시된다. 본 발명에 따른 액체수소 충전시스템은, 액체수소 저장탱크의 내조탱크를 각각 독립된 공간으로 마련되는 제1 내조탱크와 제2 내조탱크로 분할 구획하고, 제1 내조탱크와 제2 내조탱크 상호간의 압력차를 이용하여 액체수소 저장탱크로부터 고압펌프로 액체수소가 용이하게 흘러들도록 함으로써, 저비중 특성을 가지는 액체수소의 고압 차지(charge)가 가능하다.

Description

액체수소 저장탱크를 포함하는 액체수소 충전시스템 및 충전방법 {LIQUID HYDROGEN FUELING SYSTEM INCLUDING LIQUID HYDROGEN STORAGE TANK AND FUELING METHOD THEREOF}

본 발명은 액체수소 저장탱크를 포함하는 액체수소 충전시스템 및 충전방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저비중 특성을 가지는 액체수소의 고압 차지(charge)가 가능하고, 고압펌프 내에서 기화된 수소의 손실 없이 액체수소의 충전이 가능한 액체수소 저장탱크를 포함하는 액체수소 충전시스템 및 충전방법에 관한 것이다.

수소는 화석 연료에 비해 10배 이상 가벼운 연료로, 우주항공산업 분야에서 로켓, 무인기(UAV)와 같은 운반체의 연료로서 각광받아 왔으며, 청정 신에너지 기술로서 수소 연료전지 차량이 본격적으로 상용화됨에 따라, 수소를 고압으로 충전시키기 위한 수소 충전소가 필수적인 인프라 설비로 부상하고 있다.

수소 충전에 있어 종래에는, 수소 탱크를 탑재한 트레일러로 100기압의 고압 수소를 운송하여 수소 충전소 내 압축기를 사용하여 400기압으로 가압하여 임시 저장하고, 수소 연료전지 차량에 700기압으로 주입하기 위하여 임시저장된 수소를 압축기로 다시 가압하는 방법을 사용하고 있다.

도 1은 종래기술에 따른 액체수소 충전시스템을 나타낸 도면이다.

종래의 액체수소 충전시스템은 크게 액체수소 저장탱크(10), 고압펌프(20), 기화기(30) 및 고압수소 저장탱크(40)로 구성된다.

액체수소 저장탱크(10)에 저장된 액체수소는 공급라인(L1)을 통해 고압펌프(20)로 공급된 후, 고압펌프(20)에 의해 가압되어 초임계 상태가 된다.

고압펌프(20)에 의해 가압된 액체수소는 초임계 상태로 기화기(30)로 보내지고, 기화기(30)에서 기체 상태로 변환된 후 고압수소 저장탱크(40)에 저장된다.

고압 기체 상태의 수소(H₂)가 저장되는 고압수소 저장탱크(40)는, 적정 체적을 갖는 다수의 고압 용기로 마련될 수 있으며, 고압수소 저장탱크(40)에 저장된 수소는 외부 충전 대상체(미도시)에 공급(충전)될 수 있다.

상기와 같이 액체수소 저장탱크(10)로부터 공급되는 수소는 고압펌프(20)에서 압력이 높아진 후, 기화기(30)를 거쳐 고압수소 저장탱크(40)로 공급되도록 되어 있다.

그런데 액체수소는 비중이 물의 비중에 비하여 0.0708 밖에 되지 않는 저비중 특성을 가지므로, 액체수소 저장탱크(10)로부터 고압펌프(20) 측으로 액이 잘 흘러들지 않아 고압 차지(charge)가 어려운 실정이다.

또한, 극저온의 액체수소가 상기 고압펌프(20)의 실린더 내로 흡입시 고온으로의 온도변화에 의해 기화되는 캐비테이션(cavitation) 현상이 발생할 수 있다.

이러한 캐비테이션 현상은 펌프 자체에 손상을 야기하거나, 액체수소 저장탱크(10)로부터 극저온의 액체수소가 펌핑되는 것을 실제로 방해할 수도 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 액체수소 충전시스템은, 고압펌프(20) 내에서 기화된 수소 가스를 리턴라인(L2)을 통해 액체수소 저장탱크(10)로 복귀시키는 구성을 가진다.

그러나 고압펌프(20)에서 기화된 수소 가스가 최초의 액체수소 저장탱크(10)로 유입될 시에는 탱크 내 압력을 상승시키는 요인이 된다.

이러한 압력 상승이 지속되면 폭발 등의 위험으로 이어질 수 있으므로, 안전상의 이유로 액체수소 저장탱크(10) 내의 수소 가스가 배출되어져야 하고, 이에 따라 불필요하게 소비되는 수소의 손실량이 적지 않다는 결점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 저비중 특성을 가지는 액체수소의 고압 차지(charge)가 가능한 액체수소 충전시스템을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 고압펌프 내에서 기화된 수소 가스의 손실 없이 액체수소의 충전이 가능한 액체수소 충전시스템을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여, 내조탱크와 외조탱크를 포함하는 이중 구조의 액체수소 저장탱크를 포함하는 액체수소 충전시스템에 있어서, 상기 내조탱크의 내부 공간을 분할 구획하는 격벽; 상기 격벽에 의해 구획되는 제1 내조탱크; 상기 격벽에 의해 상기 제1 내조탱크와는 독립된 공간으로 구획되며, 내부에 극저온의 액체수소가 저장되는 제2 내조탱크; 상기 제2 내조탱크에 저장된 액체수소를 공급받아 가압하는 고압펌프; 상기 제2 내조탱크로부터 상기 고압펌프로 액체수소를 공급하는 공급라인; 및 상기 고압펌프에서 기화된 수소 가스를 상기 제1 내조탱크로 리턴시키는 리턴라인을 포함하고, 상기 제2 내조탱크는 상기 제1 내조탱크에 비해 높은 내부압력을 가지며, 상기 제1 내조탱크와 상기 제2 내조탱크의 압력차에 의해, 상기 제2 내조탱크로부터 상기 고압펌프로 액체수소가 유입되는 것을 특징으로 하는, 액체수소 저장탱크를 포함하는 액체수소 충전시스템을 제공한다.

상기 격벽은 이중 격벽으로 이루어지고, 이중 격벽 내부의 공간은 진공처리 될 수 있다.

상기 격벽은 상기 제2 내조탱크포부터 상기 제1 내조탱크 방향으로 볼록하게 라운드진 형상으로 마련될 수 있다.

상기 제2 내조탱크로부터 상기 고압펌프로의 액체수소의 공급이 개시되기 전, 상기 제1 내조탱크는 내부 공간이 비워진 상태로 마련될 수 있다.

상기 제2 내조탱크로부터 상기 고압펌프로의 액체수소의 공급이 개시되기 전, 상기 제1 내조탱크와 상기 제2 내조탱크의 압력차는 최소 2 bar 이상으로 세팅될 수 있다.

상기 리턴라인을 통해 상기 제1 내조탱크로 유입된 수소 가스는 단열 팽창에 의해 재액화될 수 있다.

상기 제1 내조탱크에서 재액화된 액체수소를 상기 제2 내조탱크로 이송시키는 이송라인을 더 포함할 수 있다.

상기 제2 내조탱크에는 내부압력을 조절하기 위한 승압장치가 설치될 수 있다.

상기 승압장치는, 상기 제2 내조탱크에 저장된 액체수소를 빼내서 기화시키는 기화기; 및 상기 기화기에서 기화된 수소 가스의 압력을 조절하는 조정기를 포함하고, 상기 기화기 및 상기 조정기를 거치며 압력이 조절된 수소 가스는 상기 제2 내조탱크 측으로 복귀될 수 있다.

또한, 본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여, 내조탱크와 외조탱크를 포함하는 이중 구조의 액체수소 저장탱크를 포함하는 액체수소 충전시스템의 충전방법에 있어서, 상기 내조탱크는 내부에 설치되는 격벽에 의해 제1 내조탱크와 제2 내조탱크의 두 개의 공간으로 분할 구획되고, 상기 제1 내조탱크를 비워둔 상태에서, 상기 제2 내조탱크에 저장된 액체수소를 고압펌프로 공급하여 가압하는 제1 단계; 상기 제2 내조탱크로부터 상기 고압펌프로의 액체수소의 공급이 완료되는 제2 단계; 상기 제1 내조탱크에 액체수소를 주입하는 제3 단계; 상기 제2 내조탱크를 비워둔 상태에서, 상기 제1 내조탱크에 저장된 액체수소를 고압펌프로 공급하여 가압하는 제4 단계; 및 상기 제1 내조탱크로부터 상기 고압펌프로의 액체수소의 공급이 완료되는 제5 단계를 포함하고, 상기 제1 단계에서 상기 고압펌프에서 발생하는 기화된 수소 가스는 상기 제1 내조탱크로 리턴시키고, 상기 제4 단계에서 상기 고압펌프에서 발생하는 기화된 수소 가스는 상기 제2 내조탱크로 리턴시키는 것을 특징으로 하는, 액체수소 저장탱크를 포함하는 액체수소 충전시스템의 충전방법을 제공한다.

상기 제1 단계에서는 상기 제2 내조탱크가 상기 제1 내조탱크보다 높은 내부압력을 가지고, 상기 제4 단계에서는 상기 제1 내조탱크가 상기 제2 내조탱크보다 높은 내부압력을 가지며, 상기 제1 단계 및 상기 제 4단계에서, 상기 제1 내조탱크와 상기 제2 내조탱크의 압력차에 의해 액체수소가 상기 고압펌프로 유입될 수 있다.

본 발명은 상기와 같이 한 사이클(cycle)의 수소 충전이 완료될 때마다 상기 제1 내조탱크와 상기 제2 내조탱크의 역할이 바뀔 수 있다.

또한, 본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여, 내조탱크와 외조탱크를 포함하는 이중 구조의 액체수소 저장탱크에 있어서, 상기 내조탱크의 내부 공간을 분할 구획하는 격벽; 상기 격벽에 의해 구획되며, 빈 공간으로 마련되는 제1 내조탱크; 상기 격벽에 의해 상기 제1 내조탱크와는 독립된 공간으로 구획되며, 내부에 극저온의 액체수소가 저장되는 제2 내조탱크; 상기 제2 내조탱크에 저장된 액체수소를 고압펌프로 공급하는 공급라인; 및 상기 고압펌프에서 기화된 수소 가스를 상기 제1 내조탱크로 리턴시키는 리턴라인을 포함하고, 상기 격벽은 내부에 진공이 형성되는 이중 격벽으로 마련되는 것을 특징으로 하는, 액체수소 저장탱크를 제공한다.

본 발명에 따른 액체수소 충전시스템은, 저비중 특성을 가지는 액체수소의 고압 차지(charge)가 가능하고, 고압펌프 내에서 기화된 수소 가스의 손실 없이 액체수소의 충전이 가능하다는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 액체수소 충전시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액체수소 충전시스템을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 액체수소 충전시스템에 포함되는 승압장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액체수소 충전시스템을 나타낸 도면이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액체수소 충전시스템을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 액체수소 충전시스템에 포함되는 승압장치를 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액체수소 충전시스템은, 극저온의 액체수소가 저장되는 액체수소 저장탱크(110); 액체수소 저장탱크(110)로부터 공급받은 액체수소를 가압하여 초임계 상태로 변화시키는 고압펌프(120); 고압펌프(120)에 의해 가압된 액체수소를 기화시키는 기화기(130); 및 기화기(130)에서 기체 상태로 변환된 수소 가스를 저장하는 고압수소 저장탱크(140);를 포함한다.

본 실시예에서 액체수소 저장탱크(110)는, 내조탱크(111)와 외조탱크(112)로 이루어진 이중 용기(vessel) 형태로, 스테인레스 스틸(stainless steel)로 이루어질 수 있다.

내조탱크(111)와 외조탱크(112) 사이의 이격된 공간에는 외부로부터의 열출입을 차단하기 위하여 단열재가 충진될 수 있다.

고압펌프(120)는 수소를 액상으로 저장하는 액체수소 저장탱크(110)로부터 고압수소 저장탱크(140)로 압송시키기 위한 펌핑력을 제공한다.

고압펌프(120)에 의해 가압된 액체수소는 초임계 상태로 기화기(130)로 보내지고, 기화기(130)에서 기체 상태로 변환된 후 고압수소 저장탱크(140)에 저장된다.

고압수소 저장탱크(140)는 고압 기체 상태의 수소가 저장되는 것으로서, 적정 체적을 갖는 다수의 고압 용기로 마련될 수 있으며, 다수의 독립된 저장공간에 수소가스가 동일한 압력으로 나뉘어 저장된다. 고압수소 저장탱크(140)에 저장된 수소는 외부 충전 대상체(미도시)에 공급(충전)될 수 있다.

고압수소 저장탱크(140) 역시 내조와 외조 사이를 단열재로 단열한 이중 용기 형태, 또는 차량에 탑재되는 경량 고압탱크로 구성될 수 있다.

한편, 종래 기술의 문제점으로 지적하였듯이, 액체수소는 비중이 작으므로 액체수소 저장탱크(110)로부터 고압펌프(120)로 액이 잘 흘러들지 않는 문제점이 있었다.

본 실시예는 내조탱크(111) 내부에 격벽(113)을 설치하여, 탱크 내부 공간을 두 개의 공간으로 분할 구획함으로써, 상기와 같은 문제점을 해결하고자 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 내조탱크(111)는 격벽(113)에 의해 구획되는 제1 내조탱크(A)와 제2 내조탱크(B)를 포함하는 구조임을 알 수 있다.

제1 내조탱크(A)는 초기에는 내부 공간이 비워진 상태로 세팅되며, 고압펌프(120)에서 발생하는 기화된 수소 가스가 리턴되는 리턴라인(L2)과 연결된다.

제2 내조탱크(B)에는 극저온의 액체수소가 저장되며, 제1 내조탱크(A)보다 높은 내부압력을 가진다. 제2 내조탱크(B)는 공급라인(L1)을 통해 고압펌프(120)와 연결된다.

상기와 같은 구성에 의하면, 액체수소가 채워져 있는 제2 내조탱크(B)는 비워져 있는 제1 내조탱크(A)에 비해 상대적으로 높은 내부압력을 가지므로, 제2 내조탱크(B)와 제1 내조탱크(A)의 압력차에 의하여, 액체수소가 제2 내조탱크(B)로부터 고압펌프(120)로 쉽게 흘러들 수 있다.

본 실시예의 바람직한 예로, 제1 내조탱크(A)는 1 bar, 제2 내조탱크(B)는 8 bar로 내부 압력이 초기 세팅될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 수소의 충전이 개시 되기 전 제1 내조탱크(A)와 제2 내조탱크(B)의 최초 압력차가 최소 2 bar 이상으로 세팅되는 것이 좋다. 또한, 이러한 최초 압력차는 최대 20 bar를 초과하지 않는 것이 좋으며, 더욱 바람직하게는 10 bar 이하로 세팅되는 것이 좋다.

내조탱크(111)의 내부에 설치되는 격벽(113)은, 제2 내조탱크(B)의 압력을 견디기 위하여 제2 내조탱크(B)로부터 제1 내조탱크(A) 방향으로 볼록하게 라운드진 형상으로 마련될 수 있다.

또한, 격벽(113)은 제1 내조탱크(A)와 제2 내조탱크(B) 간의 열이 전달되는 것을 방지하기 위하여 이중 격벽으로 마련될 수 있다. 더욱 바람직하게는 격벽(113)은 최소 10 mm 이상의 이격 거리를 갖는 한 쌍의 격벽으로 이루어질 수 있으며, 격벽 사이에 형성되는 공간은 진공 처리될 수 있다.

격벽(113)을 이중 격벽으로 구성하는 것은, 제2 내조탱크(B) 측에 저장되는 액체수소가 제1 내조탱크(A)로부터 전달되는 열에 의해 기화되는 것을 방지하기 위함이다.

본 실시예는 제2 내조탱크(B) 측에 설치되어 제2 내조탱크(B)의 내부압력을 조절하는 승압장치(200)를 더 포함할 수 있다.

제1 내조탱크(A)와 제2 내조탱크(B) 상호간에 압력차가 형성되도록 초기 세팅되더라도, 수소의 충전이 진행됨에 따라 제2 내조탱크(B)의 압력이 점차 하강하기 때문에, 승압장치(200)를 이용하여 제2 내조탱크(B)의 내부압력이 제1 내조탱크(A)의 내부압력보다 높은 상태를 유지하도록 조절할 수 있게 구성한 것이다.

승압장치(200)의 구성은 도 3에 도시되어 있는데, 제2 내조탱크(B)에 저장된 액체수소를 빼내서 기화시키는 기화기(210)와, 압력을 조절하는 조정기(220, regulator)를 포함한다.

승압장치(200)는 제2 내조탱크(B)에서 추출한 액체수소를 기화시키고, 기화된 수소 가스의 압력을 조절한 후 다시 탱크 내부로 복귀시킴으로써, 제2 내조탱크(B)의 압력을 높일 수 있다.

수소의 충전이 개시되면, 제2 내조탱크(B)에 저장된 액체수소가 고압펌프(120) 및 기화기(130)를 거쳐 고압수소 저장탱크(140)로 공급(충전)되고, 이 과정에서 고압펌프(120)에서 발생한 기화된 수소 가스는 제1 내조탱크(A)로 리턴된다.

이때 제1 내조탱크(A)로 리턴되는 수소 가스는 단열 팽창에 의한 온도 강하로 재액화될 수 있다. 제1 내조탱크(A)에서 재액화된 액체수소는 재사용되기 위하여 제2 내조탱크(B)로 이송될 수 있으며, 제1 내조탱크(A)와 제2 내조탱크(B) 사이에는 재액화된 액체수소를 이송하기 위한 이송라인(L3)이 마련될 수 있다.

본 실시예에 따른 액체수소 충전시스템은, 액체수소 저장탱크(110)의 내조탱크(111)를 각각 독립된 공간으로 마련되는 제1 내조탱크(A)와 제2 내조탱크(B)로 분할 구획하고, 제1 내조탱크(A)와 제2 내조탱크(B) 상호간의 압력차를 이용하여 액체수소 저장탱크(110)로부터 고압펌프(120)로 액체수소가 용이하게 흘러들도록 함으로써, 저비중 특성을 가지는 액체수소의 고압 차지(charge)가 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 고압펌프(120) 내에서 기화된 수소 가스를 비어있는 제1 내조탱크(A) 측으로 리턴시킴으로써, 종래와 같이 탱크의 압력 상승을 우려하여 수소 가스를 불필요하게 배출시킬 필요가 없으므로, 고압펌프(120) 내에서 기화된 수소 가스의 손실 없이 액체수소의 충전이 가능하다는 효과가 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액체수소 충전시스템을 나타낸 도면이다.

도 2에 도시된 일 실시예에 따른 액체수소 충전시스템에서, 제2 내조탱크(B)에 저장된 액체수소의 양이 줄어듦에 따라 제2 내조탱크(B)의 압력은 점차 내려가고, 제1 내조탱크(A)에는 기화된 수소 가스가 유입됨에 따라 제1 내조탱크(A)의 압력은 다소 상승한다. 따라서 수소의 충전이 완료된 시점에서는, 제1 내조탱크(A)와 제2 내조탱크(B)의 압력차가 역전될 수 있다.

도 4에 도시된 다른 실시예에 따른 액체수소 충전시스템은, 한 번의 수소 충전이 완료된 후 다음 충전이 이루어질 때에는, 제1 내조탱크(A)와 제2 내조탱크(B)의 역할을 바꾸어서 사용하는 방법을 제안한다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 액체수소 충전시스템은, 제2 내조탱크(B)로부터 액체수소를 고압펌프(120)로 공급하는 제1 공급라인(L11)과, 제1 내조탱크(A)로부터 액체수소를 고압펌프(120)로 공급하는 제2 공급라인(L12)과, 고압펌프(120)에서 발생하는 기화된 수소 가스를 제1 내조탱크(A)로 리턴시키는 제1 리턴라인(L21), 그리고 고압펌프(120)에서 발생하는 기화된 수소 가스를 제2 내조탱크(B)로 리턴시키는 제2 리턴라인(L22)을 더 포함한다.

본 실시예에서 액체수소 충전시스템에 의한 수소의 첫 충전시에는, 도 2에 도시된 일 실시예와 마찬가지로, 제1 내조탱크(A)는 비워둔 상태에서 제2 내조탱크(B)에 저장된 액체수소를 제1 공급라인(L11)을 통해 고압펌프(120) 측으로 공급한다. 고압펌프(120)에서 발생한 기화된 수소 가스는 제1 리턴라인(L21)을 따라 제1 내조탱크(A) 측으로 리턴되어 재액화된다.

이때 제1 내조탱크(A)와 제2 내조탱크(B) 간의 압력차에 의해서, 제2 내조탱크(B)로부터 고압펌프(120) 측으로의 액체수소의 공급이 용이하게 이루어질 수 있다.

제2 내조탱크(B)로부터 고압펌프(120)로의 액체수소의 공급이 완료되면, 제1 내조탱크(A)에는 소량의 재액화된 액체수소가 수용되게 된다. 본 실시예에서는 이를 빼내거나 제2 내조탱크(B) 측으로 이송시키지 않고, 제1 내조탱크(A) 측에 액체수소를 더 채워넣는다.

이에 따라 제1 내조탱크(A)에는 고압수소 저장탱크(140) 측으로 공급되기 위한 액체수소가 저장되고, 제2 내조탱크(B)는 비워지게 되어, 수소의 첫 충전이 개시되기 전과 반대의 상태가 된다.

수소의 다음 충전시에는, 제2 내조탱크(B)를 비워둔 상태에서 제1 내조탱크(A)에 저장된 액체수소를 제2 공급라인(L12)을 통해 고압펌프(120) 측으로 공급한다. 고압펌프(120)에서 발생한 기화된 수소는 제2 리턴라인(L22)을 따라 제2 내조탱크(B) 측으로 리턴되어 재액화된다.

이때에도 제1 내조탱크(A)와 제2 내조탱크(B) 간의 압력차에 의해서, 제1 내조탱크(A)로부터 고압펌프(120) 측으로의 액체수소의 공급이 용이하게 이루어질 수 있다.

제1 내조탱크(A)로부터 고압펌프(120)로의 액체수소의 공급이 완료되면, 다시 반대의 동작을 반복하여 제2 내조탱크(B)로부터 고압펌프(120)로 액체수소를 공급할 수 있다.

즉, 상기와 같이 한 사이클(cycle)의 수소 충전이 완료될 때마다, 제1 내조탱크(A)와 제2 내조탱크(B) 간의 역할을 바꾸어 수소의 충전이 이루어질 수 있다.

본 실시예에 의하면, 제1 내조탱크(A)와 제2 내조탱크(B)의 내부압력이 조절될 필요가 모두 발생할 수 있으므로, 도 3에 도시된 승압장치(200)는 제1 내조탱크(A)와 제2 내조탱크(B)의 내부압력을 모두 조절할 수 있도록 구성될 수 있다.

또한, 본 실시예는 제1 내조탱크(A) 측에 극저온의 액체수소가 저장되는 경우가 발생하기 때문에, 극저온의 액체수소와 직접 접하는 격벽(113)이 이중 격벽으로 이루어질 필요성이 더욱 크다고 할 수 있다.

이와 같은 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

110 : 액체수소 저장탱크 111 : 내조탱크
112 : 외조탱크 113 : 격벽
120 : 고압펌프 130 : 기화기
140 : 고압수소 저장탱크
A : 제1 내조탱크 B : 제2 내조탱크
L1 : 공급라인 L2 : 리턴라인

Claims

내조탱크와 외조탱크를 포함하는 이중 구조의 액체수소 저장탱크를 포함하는 액체수소 충전시스템에 있어서,
상기 내조탱크의 내부 공간을 분할 구획하는 격벽;
상기 격벽에 의해 구획되는 제1 내조탱크;
상기 격벽에 의해 상기 제1 내조탱크와는 독립된 공간으로 구획되며, 내부에 극저온의 액체수소가 저장되는 제2 내조탱크;
상기 제2 내조탱크에 저장된 액체수소를 공급받아 가압하는 고압펌프;
상기 제2 내조탱크로부터 상기 고압펌프로 액체수소를 공급하는 공급라인; 및
상기 고압펌프에서 기화된 수소 가스를 상기 제1 내조탱크로 리턴시키는 리턴라인을 포함하고,
상기 제2 내조탱크는 상기 제1 내조탱크에 비해 높은 내부압력을 가지며,
상기 제1 내조탱크와 상기 제2 내조탱크의 압력차에 의해, 상기 제2 내조탱크로부터 상기 고압펌프로 액체수소가 유입되는 것을 특징으로 하는,
액체수소 저장탱크를 포함하는 액체수소 충전시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 격벽은 이중 격벽으로 이루어지고, 이중 격벽 내부의 공간은 진공처리 되는 것을 특징으로 하는,
액체수소 저장탱크를 포함하는 액체수소 충전시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 격벽은 상기 제2 내조탱크포부터 상기 제1 내조탱크 방향으로 볼록하게 라운드진 형상을 가지는 것을 특징으로 하는,
액체수소 저장탱크를 포함하는 액체수소 충전시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 내조탱크로부터 상기 고압펌프로의 액체수소의 공급이 개시되기 전, 상기 제1 내조탱크는 내부 공간이 비워진 상태로 마련되는 것을 특징으로 하는,
액체수소 저장탱크를 포함하는 액체수소 충전시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 제2 내조탱크로부터 상기 고압펌프로의 액체수소의 공급이 개시되기 전, 상기 제1 내조탱크와 상기 제2 내조탱크의 압력차는 최소 2 bar 이상으로 세팅되는 것을 특징으로 하는,
액체수소 저장탱크를 포함하는 액체수소 충전시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 리턴라인을 통해 상기 제1 내조탱크로 유입된 수소 가스는 단열 팽창에 의해 재액화되는 것을 특징으로 하는,
액체수소 저장탱크를 포함하는 액체수소 충전시스템.
청구항 6에 있어서,
상기 제1 내조탱크에서 재액화된 액체수소를 상기 제2 내조탱크로 이송시키는 이송라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
액체수소 저장탱크를 포함하는 액체수소 충전시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 제2 내조탱크에는 내부압력을 조절하기 위한 승압장치가 설치되는 것을 특징으로 하는,
액체수소 저장탱크를 포함하는 액체수소 충전시스템.
청구항 8에 있어서,
상기 승압장치는,
상기 제2 내조탱크에 저장된 액체수소를 빼내서 기화시키는 기화기; 및
상기 기화기에서 기화된 수소 가스의 압력을 조절하는 조정기를 포함하고,
상기 기화기 및 상기 조정기를 거치며 압력이 조절된 수소 가스는 상기 제2 내조탱크 측으로 복귀되는 것을 특징으로 하는,
액체수소 저장탱크를 포함하는 액체수소 충전시스템.
내조탱크와 외조탱크를 포함하는 이중 구조의 액체수소 저장탱크를 포함하는 액체수소 충전시스템의 충전방법에 있어서,
상기 내조탱크는 내부에 설치되는 격벽에 의해 제1 내조탱크와 제2 내조탱크의 두 개의 공간으로 분할 구획되고,
상기 제1 내조탱크를 비워둔 상태에서, 상기 제2 내조탱크에 저장된 액체수소를 고압펌프로 공급하여 가압하는 제1 단계;
상기 제2 내조탱크로부터 상기 고압펌프로의 액체수소의 공급이 완료되는 제2 단계;
상기 제1 내조탱크에 액체수소를 주입하는 제3 단계;
상기 제2 내조탱크를 비워둔 상태에서, 상기 제1 내조탱크에 저장된 액체수소를 고압펌프로 공급하여 가압하는 제4 단계; 및
상기 제1 내조탱크로부터 상기 고압펌프로의 액체수소의 공급이 완료되는 제5 단계를 포함하고,
상기 제1 단계에서 상기 고압펌프에서 발생하는 기화된 수소 가스는 상기 제1 내조탱크로 리턴시키고,
상기 제4 단계에서 상기 고압펌프에서 발생하는 기화된 수소 가스는 상기 제2 내조탱크로 리턴시키는 것을 특징으로 하는,
액체수소 저장탱크를 포함하는 액체수소 충전시스템의 충전방법.
청구항 10에 있어서,
상기 제1 단계에서는 상기 제2 내조탱크가 상기 제1 내조탱크보다 높은 내부압력을 가지고,
상기 제4 단계에서는 상기 제1 내조탱크가 상기 제2 내조탱크보다 높은 내부압력을 가지며,
상기 제1 단계 및 상기 제 4단계에서, 상기 제1 내조탱크와 상기 제2 내조탱크의 압력차에 의해 액체수소가 상기 고압펌프로 유입되는 것을 특징으로 하는,
액체수소 저장탱크를 포함하는 액체수소 충전시스템의 충전방법.
청구항 10에 있어서,
한 사이클(cycle)의 수소 충전이 완료될 때마다 상기 제1 내조탱크와 상기 제2 내조탱크의 역할이 바뀌는 것을 특징으로 하는,
액체수소 저장탱크를 포함하는 액체수소 충전시스템의 충전방법.
내조탱크와 외조탱크를 포함하는 이중 구조의 액체수소 저장탱크에 있어서,
상기 내조탱크의 내부 공간을 분할 구획하는 격벽;
상기 격벽에 의해 구획되며, 빈 공간으로 마련되는 제1 내조탱크;
상기 격벽에 의해 상기 제1 내조탱크와는 독립된 공간으로 구획되며, 내부에 극저온의 액체수소가 저장되는 제2 내조탱크;
상기 제2 내조탱크에 저장된 액체수소를 고압펌프로 공급하는 공급라인; 및
상기 고압펌프에서 기화된 수소 가스를 상기 제1 내조탱크로 리턴시키는 리턴라인을 포함하고,
상기 격벽은 내부에 진공이 형성되는 이중 격벽으로 마련되는 것을 특징으로 하는,
액체수소 저장탱크.