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KR102334465B1 - 펌프 조립체를 수용하기 위한 리셉터클을 포함하는 극저온 저장 용기 - Google Patents

펌프 조립체를 수용하기 위한 리셉터클을 포함하는 극저온 저장 용기 Download PDF

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KR102334465B1
KR102334465B1 KR1020167036958A KR20167036958A KR102334465B1 KR 102334465 B1 KR102334465 B1 KR 102334465B1 KR 1020167036958 A KR1020167036958 A KR 1020167036958A KR 20167036958 A KR20167036958 A KR 20167036958A KR 102334465 B1 KR102334465 B1 KR 102334465B1
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KR
South Korea
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space
valve
receptacle
inner sleeve
fluid communication
Prior art date
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KR1020167036958A
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KR20170012879A (ko
Inventor
로비 엘. 맥도널드
앤커 에이치. 배예다
케니스 더블유. 크라취마
마이클 이베호이
Original Assignee
웨스트포트 파워 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

펌프를 제거하기 위해 극저온 저장 용기를 배출하는 것은 시간 소모적이고, 값비싸며, 증가된 온실 가스 방출을 야기할 수 있다. 극저온 저장 용기는 극저온 공간을 획정하는 내부 용기 및 내부 용기로부터 이격되며 해당 내부 용기를 둘러싸는 외부 용기를 포함하여, 내부 용기와 외부 용기 사이에서 열 절연 공간을 획정한다. 리셉터클은 외부 슬리브 및 내부 슬리브를 포함하며, 극저온 공간으로부터 극저온 저장 용기 바깥쪽으로 액화 가스의 전달을 위한 통로를 획정한다. 외부 슬리브는 내부 용기의 대향 측면들과 교차하며, 상기 외부 슬리브의 대향 단부들은 한제 공간으로부터 밀봉되는 열 절연 공간과 유체 연통하는 내부 공간을 획정한다. 내부 슬리브는 외부 용기로부터 지지된 개방 단부를 가지며, 외부 슬리브에 의해 획정된 내부 공간으로 연장되고, 폐쇄 단부는 개방 단부의 반대편에 있어서, 열 절연 공간으로부터 유체 분리되는 리셉터클 공간을 획정한다. 유체 연통 채널은 한제 공간에서 리셉터클 공간으로 연장되며, 펌프가 제거되도록 허용하기 위해 선택적으로 폐쇄될 수 있다.

Description

펌프 조립체를 수용하기 위한 리셉터클을 포함하는 극저온 저장 용기{CRYOGENIC STORAGE VESSEL COMPRISING A RECEPTACLE FOR RECEIVING A PUMP ASSEMBLY}
본 출원은 극저온 저장 용기에 관한 것이며, 보다 특히 펌프 리셉터클을 가진 이중 벽 극저온 저장 용기에 관한 것이다.
가스 연료는 내연기관에 연료를 공급하기 위해 이용된다. 몇몇 응용분야에서, 많은 양의 연료를 저장하기 위한 요구가 있을 때, 및 예를 들면, 차 안에서, 이러한 연료를 저장하기 위한 제한된 공간이 있을 때, 연료 저장 밀도를 증가시키는 것이 알려져 있으며, 그에 의해 액화 형태(LNG)로, 천연 가스와 같은, 가스 연료를 저장함으로써, 차량 동작 범위를 증가시킨다. 극저온 저장 용기는 통상적으로 압축 천연 가스(CNG)를 포함하는 유사하게-사이징된 저장 용기에 비교하여 약 4배 더 많은 연료를 저장할 수 있다. 가스 연료를 엔진에 전달하기 위해, 극저온 펌프는, 상기 연료가 여전히 액화 형태로 있는 동안, 가스 연료를 주입 압력으로 가압하기 위해 이용된다. 연료는 통상적으로 펌핑된 후 증발되며 따라서 엔진으로 전달될 때 더 이상 액화 형태로 있지 않는다. 전달 압력은 엔진의 설계에 의존하여 및 하류 주입 시스템이 저압 또는 고압 주입 시스템인지에 관계없이, 압력의 넓은 범위 내에 있을 수 있다. 예를 들면, 다른 인자 중에서, 전달 압력은 연료가 흡입 공기 시스템으로, 또는 연소실로 직접 도입되는지, 그리고 연소실로 도입된다면, 그것이 도입될 때의 타이밍에 의존한다.
알려진 시스템에서, 극저온 펌프는 극저온 저장 용기에 의해 획정된 한제 공간(cryogen space)으로부터 분리된 외부 섬프(external sump)에 위치될 수 있거나, 또는 출원인의 공동-소유된 미국 특허 번호 제7,293,418호에 개시된 바와 같이 한제 공간으로 연장된 펌프 조립체와 함께 설치될 수 있다. 한제 공간 안쪽에 위치되는 펌프를 효율적으로 동작시키기 위해 극저온 온도로 냉각되기 위한 시간을 요구하는 외부 펌프와 달리, 극저온 용기 안쪽에 저장된 액화 가스가 있는 한 극저온 온도에서 유지되기 때문에, 펌프에 대한 감소된 시작 시간을 포함하여, 액화 가스에 담궈진 펌프 부분 및 한제 공간의 바깥쪽 상에서의 구동 부분을 갖고 극저온 펌프 조립체를 설치하는 것에 대한 여러 이점이 있다. 또한, 외부 섬프가 파이핑에 의해 한제 공간에 연결될 때, 이러한 파이핑은, 연료가 섬프로 및 그 후 결국 펌프로 흐르기 전에 액화 연료의 증발 및 열 누출을 감소시키기 위해 열 절연되어야 한다.
가스 연료는 표준 온도 및 압력에서 가스 상태에 있는 임의의 연료이며, 이것은 본 출원의 맥락에서, 섭씨 20도(℃) 및 1 대기압(atm)이다. 예로서, 액화 형태로 저장될 수 있는 통상적인 가스 연료는, 제한 없이, 천연 가스, 프로판, 수소, 메탄, 부탄, 에탄, 유사한 에너지 함량을 가진 다른 알려진 연료, 및 이들 연료 중 적어도 하나를 포함하는 혼합물을 포함한다. 천연 가스 자체는 혼합물이며, 오일-기반 액체 연료보다 풍부하고, 덜 비싸며 더 깨끗한 연소이기 때문에 내연기관에 대한 인기 있는 가스 연료이며, 소스는 전세계에 걸쳐 지리적으로 광범위하게 분산된다. 실험적인 철도 응용분야에서 이전에 사용된 정제된 형태의 LNG는 냉장 액체 메탄(refrigerated liquid methane; RLM)으로 불린다.
해양, 채광 및 철도 응용분야와 같은, 고 마력 응용분야에서, 트럭 수송 응용분야를 위해 사용된 엔진에 비교하여, 각각의 엔진에 의해 소비된 연료의 양은 상당히 더 크다. 따라서, 보다 많은 연료를 소비하는 응용분야는 보다 큰 연료 저장 용기를 요구한다. 예로서, 기관차를 위한 극저온 저장 용기를 포함하는 텐더 카(tender car)는 대형 트럭 상에서 이용된 극저온 저장 용기에 대한 통상적인 150 갤런 용량에 비교하여, 27,000 갤런 이상의 액화 천연 가스(LNG)를 운반할 수 있다. 트럭 수송 응용분야에서, 극저온 펌프가 정비를 요구할 때, 저장 용기는 펌프가 제거될 때 배출될 수 있다. 고 마력 응용분야에서, 연료 저장 용기의 훨씬 더 큰 크기 및 그 안에 저장될 수 있는 액화 연료의 훨씬 더 많은 양 때문에, 극저온 펌프가 정비를 위해 제거되어야 할 때 극저온 저장 용기로부터 액화 연료를 배출하는 것은 비현실적이고, 시간 소모적이며, 값비싸다.
상기 설명된 고 마력 내연기관은 고속도로-상 트럭을 위해 사용된 대형 엔진에 비교하여 상당히 더 큰 최대 연료 유량을 이용한다. 예로서, 특정한 응용분야에서, 고 마력 엔진을 위한 극저온 펌프는 시간당 약 1000 킬로그램의 최대 평균 레이트에서 연료를 전달할 수 있는 반면, 대형 엔진을 위한 극저온 펌프는 시간당 약 100 킬로그램의 최대 평균 레이트에서 연료를 전달할 수 있다. 보다 큰 연료 흐름 용량은 상당히 더 큰 크기 및 질량의 펌프를 요구하며, 이러한 펌프는 보다 작은 펌프에 비교하여 극저온 용기에 설치될 때 고유한 장착 및 지지 요건을 가진다. 이동 응용분야에서, 펌프 상에서 동작하는 축, 가로 방향, 방사상, 및 회전 로드(rod)가 있을 수 있으며, 이것은 적절히 제한되지 않는다면 극저온 용기에 펌프를 고정시키는 펌프 지지대에서의 피로 및 극저온 용기 자체 상에서의 과도한 응력을 이끌 수 있다.
극저온 펌프 조립체가 극저온 저장 용기 내에 설치된 펌프 부분을 가질 때, 극저온 펌프에 액세스 가능하지 않은 용기의 최하부에 연료의 데드 볼륨이 있을 수 있다. 데드 볼륨은 펌프가 동작 중일 때 항상 존재하므로, 이러한 데드 볼륨은 현금 출자를 극저온 저장 용기의 동작 비용 및 장비의 전체 수명에 걸친 펌프로 표현한다. 지나치게 극저온 저장 용기의 비용을 증가시키며 펌프의 동작 효율을 감소시키지 않고, 가능한 한 많이 연료의 데드 볼륨을 감소시키는 것이 바람직하다.
최신 기술은 데드 볼륨을 감소시키기 위해 한제 공간으로 연장되는 단부 상에서 펌프 부분을 갖고 및 한제 공간으로부터 액화 연료를 배출하지 않고 펌프 조립체를 설치하며 제거하기 위한 피처를 갖고 극저온 펌프 조립체를 단단히 장착하는 극저온 저장 용기를 위한 기술이 없다.
개선된 극저온 저장 용기는 한제 공간을 획정하는 내부 용기, 및 상기 내부 용기로부터 이격되며 해당 내부 용기를 둘러싸는 외부 용기를 포함하여, 상기 내부 용기와 상기 외부 용기 사이에 열 절연 공간을 획정한다. 리셉터클은 상기 한제 공간에서 상기 극저온 저장 용기의 바깥쪽으로 액화 가스의 전달을 위한 통로를 획정한다. 상기 리셉터클은 세장형 외부 슬리브 및 세장형 내부 슬리브를 포함한다. 상기 세장형 외부 슬리브는 내부 용기의 대향 측면들과 교차하는 길이방향 축을 가지며, 상기 세장형 외부 슬리브의 대향 단부들은 한제 공간으로부터 밀봉되는 열 절연 공간과 유체 연통한다. 상기 세장형 내부 슬리브는 상기 외부 용기로부터 지원된 개방 단부를 가지며, 상기 세장형 내부 슬리브는 상기 세장형 외부 슬리브에 의해 획정된 내부 공간으로 연장된 길이방향 축을 가진다. 상기 세장형 내부 슬리브는 또한 개방 단부의 반대편에 있는 폐쇄 단부를 가지며, 그에 의해 열 절연 공간으로부터 유체 분리되는 리셉터클 공간을 획정한다. 유체 연통 채널은 한제 공간에서 리셉터클 공간으로 연장된다. 상기 유체 연통 채널은 상기 세장형 외부 슬리브에 대해 상기 세장형 내부 슬리브의 움직임을 허용하는 유연한 구조를 가진다. 상기 유연한 구조는 벨로즈 배열(bellows arrangement)을 포함할 수 있다. 상기 리셉터클은 하부 단부와 수직으로 배향된다. 상기 하부 단부 및 상기 유체 연통 채널은 양쪽 모두 한제 공간의 최하부 가까이에 위치된다. 펌프는 하부 단부 가까이에서의 유입구 내에서의 리셉터클 공간 안쪽에 배치될 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 한제 공간과 리셉터클 공간 사이에서 유체 흐름을 젱하기 위해 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 동작 가능한 밸브가 있다. 상기 밸브는 상기 유체 연통 채널에, 또는 상기 한제 공간과 상기 리셉터클 공간 사이에서의 다른 위치에 위치될 수 있다. 상기 밸브는 예를 들면, 개방 위치로 작동되지 않는 한 유체가 한제 공간 밖으로 흐르는 것을 막기 위해 바이어싱되는, 웨이퍼-형 체크 밸브와 같은, 체크 밸브일 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 상기 밸브는 밸브 작동기 및 밸브와 작동 가능하게 연결된 링크를 작동시키는 밸브 작동기를 활성화함으로써 극저온 저장 용기 밖으로부터 기계적으로 작동된다. 상기 링크는 밸브 작동기와 밸브 사이에서 연장되는 도관을 통해 연장될 수 있으며, 이것은 열 절연 공간 및 내부 공간으로부터 유체 분리된다. 상기 링크는 로드(rod) 및 케이블을 포함할 수 있으며, 여기에서 상기 로드는 밸브 작동기와 작동 가능하게 연결되며 케이블은 밸브와 작동 가능하게 연결된다. 극저온 저장 용기의 위치를 검출하는 센서, 및 센서가 비상 상황을 검출할 때, (a) 링크 및 밸브 및 (b) 링크 및 밸브 작동기 중 하나 간의 연결을 끊기 위해 센서와 작동 가능하게 연결된 절단 기구가 있을 수 있다. 또 다른 바람직한 실시형태에서, 밸브는 펌프가 리셉터클 안쪽에 설치될 때 자동으로 개방되며, 밸브는 펌프가 리셉터클로부터 제거될 때 자동으로 폐쇄된다.
세장형 내부 슬리브의 폐쇄 단부는 길이방향 축에 대해서 횡단하는 방향으로 움직임을 제한하는 가이드에 의해 지지될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 가이드는 세장형 내부 슬리브의 축 움직임 및 세장형 내부 슬리브의 회전 움직임 중 적어도 하나를 제한한다. 세장형 내부 슬리브 및 펌프 조립체는 펌프 조립체가 세장형 내부 슬리브 내에 설치될 때 서로에 대해 밀봉하는 협동 표면을 가지며, 그에 의해 액화 가스가 올라갈 수 있는 세장형 내부 슬리브 내에 높이를 제한한다. 협동 표면은 펌프 조립체와 연관된 플랜지 및 세장형 내부 슬리브 안쪽에 레지(ledge)를 형성하는 칼라(collar)에 의해 형성될 수 있다.
극저온 저장 용기는 펌프 조립체가 리셉터클에 설치될 때 내부 리셉터클의 내부 표면 주위에서 연장되며 내부 리셉터클을 가온 단부(warm end) 및 냉각 단부(cold end)로 유체 분할하는 칼라를 추가로 포함한다. 가압된 퍼지 가스의 공급부와 유체 연통하는 퍼지 밸브, 및 가온 단부와 상기 퍼지 밸브를 유체 연결한 제1 퍼지 도관, 및 냉각 단부와 퍼지 밸브를 유체 연결하는 제2 퍼지 도관이 있다. 제2 저장 용기 및 한제 공간 중 하나와 유체 연통하는 배출 밸브, 가온 단부와 배출 밸브를 유체 연결하는 제1 배출 도관, 및 냉각 단부와 배출 밸브를 유체 연결하는 제2 배출 도관이 있다. 바람직한 실시형태에서, 배출 밸브로부터 하류에서 가스 연료의 농도를 검출하며, 그에 의해 배출이 완료될 때를 결정하기 위해 리셉터클 공간에서 가스 연료의 농도를 간접적으로 검출하는 가스 연료 농도 센서, 및 상기 배출 밸브로부터 하류에서 압력을 검출하는 압력 센서가 있다.
또 다른 바람직한 실시형태에서, 리셉터클 공간, 유체 연통 채널이 연장되는 외부 용기 아래에 웰, 및 상기 유체 연통 채널을 통해 상기 리셉터클 공간과 한제 공간을 선택적으로 유체 연결하기 위한 밸브가 있다.
한제 공간을 획정하는 내부 용기, 상기 내부 용기로부터 이격되며 해당 내부 용기를 둘러싸는 외부 용기를 포함하여, 상기 내부 용기와 상기 외부 용기 사이에 열 절연 공간을 획정하는 극저온 저장 용기에서의 펌프를 위한 개선된 리셉터클이 있다. 상기 리셉터클은 상기 한제 공간에서 상기 극저온 저장 용기 바깥쪽으로 액화 가스의 전달을 위한 통로를 획정한다. 상기 리셉터클은 상기 내부 용기의 대향 측면들과 교차하는 길이방향 축을 갖는 세장형 외부 슬리브를 포함하고, 상기 세장형 외부 슬리브의 대향 단부들은 한제 공간으로부터 밀봉되는 열 절연 공간과 유체 연통하는 내부 공간을 획정한다. 개방 단부를 가진 세장형 내부 슬리브는 외부 용기로부터 지지되며, 상기 세장형 내부 슬리브는 세장형 외부 슬리브에 의해 획정된 내부 공간으로 연장된 길이방향 축을 가진다. 세장형 내부 슬리브는 개방 단부의 반대편에 있는 폐쇄 단부를 가지며, 그에 의해 열 절연 공간으로부터 유체 분리되는 리셉터클 공간을 획정한다. 유체 연통 채널은 한제 공간에서 리셉터클 공간으로 연장된다. 바람직한 실시형태에서, 유체 연통 채널을 통해 한제 공간과 리셉터클 공간 사이에서 유체 흐름을 제어하기 위해 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 동작 가능한 밸브가 있다.
도 1은 제1 실시형태에 따른 극저온 저장 용기의 부분 단면도.
도 2는 도 1의 극저온 저장 용기에서 펌프 리셉터클의 부분 단면도.
도 3 도 2의 펌프 리셉터클의 리셉터클 공간과 한제 공간 사이에서의 유체 연통 채널의 부분 단면도.
도 4는 설치된 극저온 펌프 조립체를 갖고 예시된 도 2의 펌프 리셉터클의 상부 단부의 관점에서의 부분도.
도 5는 도 2의 펌프 리셉터클에 설치된 극저온 펌프의 부분 단면도.
도 6은 퍼지 도관 및 밸브 및 배출 도관 및 밸브를 가진 도 2의 펌프 리셉터클의 부분 단면도.
도 7은 도 2의 펌프 리셉터클로부터 도 4의 극저온 펌프를 제거하기 위한 절차의 순서도.
도 8은 도 4의 극저온 펌프를 도 2의 펌프 리셉터클로 설치하기 위한 절차의 순서도.
도 9는 제2 실시형태에 따른 극저온 저장 용기의 부분 단면도.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 실시형태에 따른 극저온 저장 용기(10)가 도시되어 있으며, 이것은 용기로의 열 누출을 감소시키기 위해 내부 용기와 외부 용기 사이에서의 진공 공간을 이용하는 유형이다. 내부 용기(20)는 한제 공간(25)에서 액화 가스 연료를 저장하며 외부 용기(30)에 의해 둘러싸이고 그로부터 이격되며 그에 의해 열 절연 공간(40)(진공 공간)을 획정한다. 예시된 실시형태에서 극저온 저장 용기(10)는 수평 평면에서 세로 방향으로 연장되며, 이러한 구성은 다양한 고 마력 응용분야에서, 예를 들면, 기관차에 연료를 공급하기 위한 텐더 카 상에 및 전력 발생 응용분야에서의 저장 용기로서 적절하게 이용된다. 극저온 저장 용기(10)는 하나 이상의 리셉터클(15)을 포함할 수 있으며, 여기에서 극저온 펌프 조립체(300)가 배치된다. 다수의 펌프는 하나의 펌프가 동작하는데, 및 하나 이상의 펌프가 동시에 동작되거나 또는 대안적으로 복수의 펌프가 다수의 하류 소비자에게 연료를 공급하기 위해 독립적으로 동작될 수 있을 때 흐름 용량을 증가시키는데 실패하였다면 유용한 이중화(redundancy)를 제공한다. 리셉터클(15)은 한제 공간(25)으로부터 극저온 저장 용기(10) 밖으로의 액화 가스의 전달을 위한 통로를 획정한다. 세장형 외부 슬리브(80)는 내부 용기(20)의 대향 측면들과 교차하는 길이방향 축(45)을 가진다. 외부 슬리브(80)의 대향 단부들은 절연 공간(40)과 유체 연통하며 한제 공간(25)으로부터 밀봉되는 내부 공간(85)을 획정한다. 세장형 내부 슬리브(120)는 외부 용기(30)로부터 지지되는, 개방 단부(125), 및 외부 슬리브(80)에 의해 획정된 내부 공간(85)으로 연장된 길이방향 축(46)을 포함한다. 예시된 실시형태에서, 내부 슬리브(120)는 외부 슬리브(80)와 같은 축이 아니지만, 이것은 필요조건은 아니다. 내부 슬리브(120)는 개방 단부(125)의 반대편에 있는 폐쇄 단부(126)를 가지며, 그에 의해 열 절연 공간(40)으로부터 유체 분리되는 리셉터클 공간(100)을 획정한다. 유체 연통 채널(200)은 한제 공간(25)에서 리셉터클 공간(100)으로 연장된다. 밸브(220)는 내부 슬리브(120)에서의 리셉터클 공간(100)과 한제 공간(25) 사이에서 유체 흐름을 제어하기 위해 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 동작 가능하다.
내부 용기(20)는 보어(60)의 반대편에 위치된 보어(50)를 포함하며, 외부 용기(30)는 보어(70)를 포함하고, 이들 보어는 용기(10)가 조립될 때, 보어가 적어도 축 방향으로 중첩하도록 배열된다. 바람직한 실시형태에서, 보어(50, 60 및 70)는 일반적으로 형태가 원형이거나 또는 타원형이다. 외부 슬리브(80)는 보어(50)와 (60) 사이에서 축방향으로, 및 내부 슬리브(120) 주위에서 고리 모양으로 연장된다. 보어(50 및 60) 주위에서 외부 슬리브(80)와 내부 용기(20) 사이에, 예를 들면, 용접과 같은, 유체 밀봉이 있다. 본 개시에서, 달리 언급되지 않는다면 구조적 구성요소 사이에서의 유체 밀봉은 용접을 포함하지만, 다른 알려진 유체 밀봉 기술이 이용될 수 있다.
지지 플랜지(110)는 개방 단부(125)에서 내부 슬리브(120)를 갖고 유체 밀봉된다. 플랜지(115)는 지지 플랜지(110)의 외부 둘레로부터 바깥쪽으로 연장되며 보어(70) 주위에서 외부 용기(30)를 갖고 유체 밀봉된다. 폐쇄 단부(126)에서, 단부 캡(130)은 내부 슬리브(120)를 갖고 유체 밀봉된다. 가이드(150)는 플로어(170)에서 외부 용기(30)의 내부 표면에 엄격하게 고정된다. 돌출부(160)는 단부 캡(130)의 최하부 표면으로부터 가이드(150)의 보어(155)로 연장되며, 그에 의해 길이방향 축(46)에 대하여 단부 캡(130) 가까이에서 내부 슬리브(120)의 가로 방향 및 방사상 움직임을 제한한다. 내부 슬리브(120)는 돌출부(160)가 플로어(170)를 접촉하지 않도록 외부 용기(30)에 매달려져서, 열 수축 동안 축 모션의 자유를 허용한다. 또 다른 바람직한 실시형태에서, 압축 스프링은 리셉터클(15)의, 및 설치될 때 펌프 조립체(300)의 축 로드의 일 부분이 외부 용기(30)의 플로어에 의해 지지되도록 돌출부(160)와 플로어(170) 사이에서 보어(155)에 배열될 수 있다. 다른 실시형태에서, 가이드(150) 및 돌출부(160)는 요구되지 않으며 내부 슬리브(120)는 지지 플랜지(110)와 외부 용기(30) 사이에서의 연결에 의해 엄격하게 고정될 수 있지만, 이것은 지지 플랜지(110) 상에서의 응력을 증가시키며 선호되지 않는다. 계속해서 추가 실시형태에서, 가이드(150)는 가이드(150)에 대하여 내부 슬리브(120)의 회전이 제한되도록 돌출부(160)에 대하여 쐐기가 있을 수 있다.
도 2 및 도 3 양쪽 모두를 참조하여, 유체 연통 채널(200)은 한제 공간(25)에서 리셉터클 공간(100)으로 연장된다. 바람직한 실시형태에서, 유체 연통 채널(200)은 유연한 구조의 관형 벨로즈(210)를 포함하며, 이것은 극저온 저장 용기(10)가 주변 온도와 극저온 온도 사이에서 열적으로 순환됨에 따라 외부 슬리브(80)가 내부 슬리브(120)에 대하여 이동하도록 허용하여, 외부 슬리브(80)에서의 보어(180)와 내부 슬리브(120)에서의 보어(190) 사이에서 연장된다. 관형 벨로즈(210)의 내부 공간(205)은 내부 공간(85)으로부터 유체 분리되고, 한제 공간(25)과 유체 연통하며, 리셉터클 공간(100)과 선택적 유체 연통을 한다. 예시된 실시형태에서, 관형 벨로즈(210)는 보어(180)를 통해 연장되며 환상형 플랜지(215)를 갖고 유체 밀봉되고, 환상형 플랜지는 보어(180) 주위에서 외부 슬리브(80)를 갖고 유체 밀봉된다. 단부 캡(130)이 플로어(170)를 향해 및 바람직하게는 내부 용기(20)에서의 보어(60)를 통해 연장되도록 허용함으로써, 유체 연통 채널(200)은 내부 용기의 플로어(175)에 더 가깝게 위치될 수 있으며, 그에 의해 데드 볼륨을 감소시키며 한제 공간(25)에 포함된 연료의 사용 가능한 양을 증가시킨다. 이것은 개방 단부를 가지며 보어(50)와 (60) 사이에서 연장되는 외부 슬리브(80)에 의해 가능하게 되며, 따라서 내부 공간(85)은 외부 슬리브(80)의 양쪽 단부 모두로부터 열 절연 공간(40)과 유체 연통한다. 다른 실시형태에서, 섬프는 외부 용기(30)에 그리고 그 아래에 포함될 수 있어서, 유체 연통 채널(200)이 플로어(175)에 훨씬 더 가깝게 위치되도록 허용한다. 밸브(220)는 벨로즈(210)를 통해 한제 공간(25)과 리셉터클 공간(100) 사이에서 선택적 유체 연통을 허용하며, 예시된 실시형태에서, 밸브는 밸브가 손상되었다면, 극저온 저장 용기를 비운 후 교체될 수 있도록 보어(190)에 배열된 환상형 플랜지(225)에 볼트로 접합된 웨이퍼-형 체크 밸브이다. 다른 실시형태에서, 밸브(220)는 유체 연통 채널(200)을 따라 다양한 위치에서 배열될 수 있다. 이하에서 보다 상세히 설명될 바와 같이, 밸브(220)는 먼저 액화 가스 연료가 배출되도록 한제 공간(25)에 요구하지 않고 리셉터클(15)로 및 그 밖으로 극저온 펌프의 설치 및 제거를 허용한다. 밸브 작동기(240)(도 2에 도시됨)는 링크(250)를 통해 밸브(220)에 작동 가능하게 연결되며, 이것은 도관(260)을 통해 연장된다. 도관(260)은 내부 공간(85)을 통해 작동기(240)와 관형 벨로즈(210) 사이에 유체 밀봉된 통로를 제공하며, 이것은 지지 플랜지(110)를 갖고 유체 밀봉된다. 도 2, 도 3, 및 도 4를 참조하면, 또한 증기 공간으로서 알려진, 한제 공간(25)의 상부 부분은 한제 공간에서의 압력으로 하여금, 그 외 한제 공간(25)에서 액화 가스 연료의 상당한 압력 헤드에 대해 개방되어야 하는, 밸브(220)의 개방을 용이하게 하기 위해 리셉터클 공간에서의 압력과 동등하게 하도록 허용하기 위해, 통로(480), 밸브(470)(선택적으로 개방되고 폐쇄될 수 있는) 및 통로(440)를 통해 리셉터클 공간(100)과 유체 연통할 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 링크(250)는 밸브(220)에 연결되는 케이블(255)(도 3에 가장 잘 도시됨)과 연결된 로드(튜브(260) 안쪽)를 포함한다. 로드는 임의의 증발된 가스 연료가 튜브를 통해 빠져나가는 것을 감소시키며 바람직하게는 방지하기 위해, o-링 등과 같은, 가스 밀봉(도시되지 않음)에 의해 튜브(260)로 밀봉된다. 밸브 작동기(240)는 하나의 방향으로 돌릴 때, 로드를 위쪽으로 당기고 그에 의해 밸브(220)를 개방하며, 반대 방향으로 돌릴 때, 링크(250)의 로드를 아래쪽으로 밀어서 한제 공간(25)에서의 압력이 리셉터클 공간(100)에서의 압력보다 클 때 밸브가 폐쇄되도록 케이블(255)에서 느슨함을 생성하는 회전 가능한 핸들을 포함한다. 체크 밸브(220)는 또한 한제 공간(25)과 리셉터클 공간(100) 사이에서의 압력 차를 요구하지 않고 폐쇄되도록 용수철이 들 수 있다. 대안적으로, 다른 실시형태에서, 밸브 작동기(240) 및 링크(250)는 링크(250)가 내부 공간(85) 대신에 리셉터클 공간(100) 내로부터 밸브(220)를 작동시키도록 펌프 조립체(300)와 통합될 수 있으며, 이러한 상황에서 도관(260)은 요구되지 않는다. 계속해서 추가 실시형태에서, 링크(250)는 펌프 조립체(300)가 리셉터클(15)에 설치될 때 밸브(220)를 자동으로 개방할 수 있으며, 펌프 조립체(300)가 제거될 때 밸브(220)는 자동으로 폐쇄되며, 이러한 상황에서 작동기(240)는 요구되지 않는다. 비상 밸브(220)의 경우에, 밸브와 링크(250) 사이에서, 또는 링크와 작동기(240) 사이에서 연결을 끊음으로써 자동으로 폐쇄될 수 있으며, 이것은 밸브로 하여금 밸브가 폐쇄된 위치로 바이어싱되는 유형일 때 폐쇄하도록 허용한다. 극저온 저장 용기가 액화 가스 연료를 기관차에 공급하는 텐더 카일 때, 비상 상황은 기차가 탈선하며 텐더 카가 뒤집힐 때일 수 있다. 자이로스코프 또는 가속도계와 같은, 센서는 텐더 카의 현재 위치를 직접 또는 간접적으로 검출하며 밸브(220)가 폐쇄하도록 허용하기 위해, 기관차 산업에서 알려진 분리 연결과 같은, 절단 기구를 활성화시킬 수 있다.
이제 도 5를 참조하면, 극저온 펌프 조립체(300)는 리셉터클(15)에서 설치되어 예시된다. 극저온 펌프 조립체(300)의 플랜지(310)는 지지 플랜지(110)를 갖고 유체 밀봉되며 파스너(315)에 의해 고정된다. 외부 용기(30)는 방사상 로드(가로 방향 로드), 및 개방 단부(125)에서의 회전 로드(비틀림 로드) 외에, 지지 플랜지(110)를 통해 극저온 펌프 조립체(300)의 축방향 로드를 견딘다. 조립체의 단부(305)에서 극저온 펌프 조립체(300)의 방사상 로드는 단부 캡(130), 돌출부(155) 및 가이드(150)를 통해 외부 용기(30)로 송신된다. 극저온 펌프 조립체(300) 상에서의 플랜지(320)는 액체 밀봉을 형성하기 위해 내부 슬리브(120)와 연결되는 칼라(270) 상에서의 레지와 협력하여, 리셉터클 공간(100)을 가온 단부(330) 및 냉각 단부(340)로 분할한다. 바람직한 실시형태에서, 극저온 펌프 조립체(300)는 모터에 의해 구동되는, 가온 단부(330)에서의 유압 모터 및 냉각 단부(340)에서의 왕복동식 피스톤 펌프를 포함한다. 밸브(220)가 개방될 때, 액화 가스 연료는 한제 공간(25)에서 냉각 단부(340)로, 및 극저온 펌프 조립체(300)의 흡입 행정 동안, 왕복동식 피스톤 펌프의 흡입구로 흐를 수 있다.
이제 도 7을 참조하면, 리셉터클(15)로부터 극저온 펌프 조립체(300)를 제거하기 위한 절차가 이제 도 6을 참조하여 설명된다. 첫 번째로, 밸브(470)는 한제 공간(25)에서 증기 공간으로부터 리셉터클 공간(100)을 유체 분리하기 위해 폐쇄된다(도 7에서 단계 500). 다음으로, 밸브(220)는 밸브(220)가 압력 차로 인해 폐쇄되도록(단계 510) 한제 공간(25)에서의 압력 아래로 리셉터클 공간(100)에서의 압력을 감소시키기 위해 그에 따라 밸브 작동기(240) 및 개방 밸브(430)를 활성화시킴으로써 한제 공간(25)으로부터 냉각 단부(340)를 유체 분리하기 위해 폐쇄된다(단계 510). 밸브(430) 후 도관(460)은 압력이 리셉터클 공간(100)에서의 압력보다 훨씬 더 작은 저장 용기를 이끈다. 밸브(220)가 폐쇄된 후, 밸브(400)는 퍼지 가스가 압력 하에서 도관(410 및 420)에 들어가도록 허용하기 위해 개방된다(단계 520). 퍼지 가스는 증발된 가스 연료보다 더 밀집하지만, 액화 가스 연료보다 더 밀집하지 않다. 예를 들면, 퍼지 가스는 질소일 수 있으며 가스 연료는 천연 가스일 수 있다. 가온 단부(330)에서, 퍼지 가스의 흐름은 도관(440)으로 증발된 가스 연료를 끌고 가는 도관(410)과 도관(440) 사이에 수립된다. 냉각 단부(340)에서, 퍼지 가스의 온도가 극저온 온도 아주 위에 있으며 열 교환 유체로서 작용하므로, 퍼지 가스는 도관(420)을 통해 액화 가스 연료의 풀로 들어가서 끊게 한다. 액화 가스 연료가 증발함에 따라, 가스 연료는 퍼지 가스의 압력 하에서 도관(450)을 통해 빠져나오며, 이것은 도관(420)과 도관(450) 사이에서의 흐름을 수립한다. 압력 센서(495)는, 만약 수행했다면, 압력 차가 밸브가 개방되도록 촉구하기에 충분할 때 밸브(220)가 개방되게 하는, 가압된 퍼지 가스로 인한 리셉터클 공간에서의 압력이 한제 공간(25)에서의 압력을 넘어서는 것이 방지될 수 있도록 리셉터클 공간(100)에서 압력을 간접적으로 (도관(460)에서의 압력을 모니터링하는 것을 통해) 모니터링한다. 도관(460)은 배출된 가스 연료를 저장 설비(도시되지 않음)로 전달한다. 센서(490)는 가온 단부(330) 및 냉각 단부(340)가 그 후 밸브(400)가 폐쇄되는(단계 530), 가스 연료가 퍼징되었을 때를 결정하기 위해 도관(460)에서 가스 연료의 농도를 검출한다. 압력 센서(495)에 의해 결정된 바와 같이, 압력이 리셉터클 공간(100)에서 제곱 인치당 0 파운드(psig)에 도달한 후, 펌프 조립체(300)는 연결 해제되며 리셉터클(15)로부터 추출된다(단계 540). 밸브(430)는 압력이 0 psig에 남아있음을 보장하기 위해 개방된 채로 있을 수 있다.
이제 도 8을 참조하면, 극저온 펌프 조립체(300)를 설치하기 위한 절차가 이제 도 6을 참조하여 설명된다. 극저온 펌프 조립체(300)는 리셉터클(15)에 삽입되며 지지 플랜지(110)에 고정된다(단계 600). 밸브(400 및 430)는 리셉터클(100)을 통해 도관(460) 밖으로 퍼지 가스의 흐름이 리셉터클에서 공기 및 수분을 비우도록 허용하기 위해 개방되며, 이것은 미리 결정된 양의 시간 동안 흐르도록 허용되며, 그 후 이들 밸브는 폐쇄된다(단계 610). 밸브(470)는 리셉터클 공간(100) 및 한제 공간(25) 사이에서 압력을 동등하게 하도록 개방된다(단계 620). 한제 공간(25)과 리셉터클 공간(100) 사이에서의 압력 균형은 밸브 작동기(240)가 활성화될 때(단계 630) 밸브(220)를 개방하기 위해 요구된 힘을 감소시켜서, 액화 가스 연료가 냉각 단부(340)로 흐르도록 허용한다. 밸브(220)의 개방은 극저온 펌프 조립체(300)가 펌프 조립체와 한제 공간(25)에서의 액화 가스 연료 사이에서의 열 전달을 통해 시원해지도록 허용하기 위해 미리 결정된 양의 시간 동안 지연될 수 있다. 밸브(220)가 개방될 때, 밸브(470)가 개방되었을 때 도입된, 냉각 단부(340)에서의 임의의 증발된 가스 연료는 도관(450)을 통해 밸브(470)를 지나 한제 공간(25)으로 흐를 것이다.
도 9를 참조하면, 제1 실시형태와 유사한 제2 실시형태에 따른 극저온 저장 용기(12)가 도시되어 있으며, 여기에서 이 실시형태에 대한 유사한 부분은 유사한 참조 부호를 가지며 한다 하더라도 상세히 설명되지 않을 수 있다. 외부 용기(30)는 플로어(170) 아래로 연장되며, 펌프 리셉터클(15)의 단부 캡(130)을 연장시키는, 또한 섬프로서 알려진, 웰(35)을 포함한다. 유체 연통 채널(201)은 외부 용기(30)의 바깥쪽에 및 그 아래에서의 한제 공간(25)으로부터 웰(35)을 통해 리셉터클 공간(100)으로 연장된다. 밸브(221)는 밸브 작동기(241)에 의해 선택적으로 개방되며 폐쇄된다. 이 실시형태는 유체 연통 채널(201)이 내부 용기(20)의 플로어(175) 아래에 있으므로 도 2의 제1 실시형태에 비교하여 데드 볼륨을 감소시키는 이점을 가지며, 밸브 작동기(241)는 그라운드 레벨로부터 유지 요원에 의한 편리한 액세스를 위해 극저온 저장 용기(12)의 최하부의 가까이에 위치될 수 있다. 제1 실시형태는 적어도 외부 용기(30)의 간소화된 구성의 이점을 가진다.
본 발명의 특정한 요소, 실시형태 및 응용분야가 도시되고 설명되었지만, 본 발명은, 특히 앞서 말한 기술을 고려하여, 수정이 본 개시의 범위로부터 벗어나지 않고 이 기술분야의 숙련자에 의해 이루어질 수 있으므로 그것으로 제한되지 않는다는 것이 이해될 것이다.

Claims (24)

  1. 극저온 저장 용기로서,
    한제 공간(cryogen space)을 획정하는 내부 용기;
    상기 내부 용기로부터 이격되며 상기 내부 용기를 둘러싸는 외부 용기로서, 상기 내부 용기와 상기 외부 용기 사이에서 열 절연 공간을 획정하는, 상기 외부 용기;
    상기 한제 공간에서 상기 극저온 저장 용기의 바깥쪽으로 액화 가스의 전달을 위한 통로를 획정한 리셉터클을 포함하되, 상기 리셉터클은,
    상기 내부 용기의 대향 측면들과 교차하고 상기 한제 공간으로부터 유체 밀봉된 내부 공간을 획정하며 그리고 상기 내부 용기의 각 교차된 측면에서 상기 열 절연 공간과 유체 연통하는 세장형 외부 슬리브;
    상기 외부 용기로부터 지지된 개방 단부를 가진 세장형 내부 슬리브로서, 상기 세장형 내부 슬리브는 상기 세장형 외부 슬리브에 의해 획정된 내부 공간으로 연장되고, 상기 세장형 내부 슬리브는 상기 개방 단부의 반대편에 있는 폐쇄 단부를 가짐으로써, 상기 열 절연 공간으로부터 유체 분리되는 리셉터클 공간을 획정하는, 상기 세장형 내부 슬리브; 및
    상기 한제 공간에서부터 상기 리셉터클 공간으로 연장되는 유체 연통 채널을 포함하는, 극저온 저장 용기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 한제 공간과 상기 리셉터클 공간 사이에서 유체 흐름을 제어하기 위해 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 동작 가능한 밸브를 더 포함하거나; 또는
    상기 리셉터클 공간 및 상기 유체 연통 채널이 연장되는 상기 외부 용기 아래에서의 웰, 및 상기 유체 연통 채널을 통해 상기 리셉터클 공간과 상기 한제 공간을 선택적으로 유체 연결하기 위한 밸브를 더 포함하는, 극저온 저장 용기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 밸브는 상기 유체 연통 채널에 위치되고/되거나;
    상기 밸브는, 개방 위치로 작동되지 않는 한, 유체가 상기 한제 공간 밖으로 흐르는 것을 방지하기 위해 바이어싱되는 체크 밸브이고/이거나;
    상기 밸브는 웨이퍼-형 체크 밸브이고/이거나;
    상기 밸브는 펌프가 상기 리셉터클 안에 설치될 때 자동으로 개방되며, 상기 밸브는 상기 펌프가 상기 리셉터클로부터 제거될 때 자동으로 폐쇄되거나; 또는
    상기 밸브는 상기 극저온 저장 용기 바깥쪽으로부터 기계적으로 작동되는, 극저온 저장 용기.
  4. 제3항에 있어서, 밸브 작동기 및 상기 밸브 작동기와 상기 밸브를 작동 가능하게 연결하는 링크를 더 포함하는, 극저온 저장 용기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 밸브 작동기와 상기 밸브 사이에서 연장되며 상기 열 절연 공간 및 상기 내부 공간으로부터 유체 분리된 도관을 더 포함하며, 상기 링크는 상기 도관을 통해 연장되고/되거나;
    상기 링크는 로드(rod) 및 케이블을 포함하며, 상기 로드는 상기 밸브 작동기와 작동 가능하게 연결되고 상기 케이블은 상기 밸브와 작동 가능하게 연결되고/되거나;
    상기 극저온 저장 용기의 위치를 검출하기 위한 센서, 및 상기 센서가 비상 상황인 위치를 검출하는 경우, (a) 상기 링크와 상기 밸브 및 (b) 상기 링크와 상기 밸브 작동기 중 하나 사이에서의 연결을 끊기 위해 상기 센서와 작동 가능하게 연결된 절단 기구를 더 포함하는, 극저온 저장 용기.
  6. 제1항에 있어서, 상기 유체 연통 채널은 상기 세장형 외부 슬리브에 대해 상기 세장형 내부 슬리브의 움직임을 허용하는 유연한 구성을 갖거나;
    상기 유체 연통 채널은 상기 세장형 외부 슬리브에 대해 상기 세장형 내부 슬리브의 움직임을 허용하는 유연한 구조를 갖고, 상기 유연한 구조는 벨로즈 배열(bellows arrangement)을 포함하는, 극저온 저장 용기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 세장형 내부 슬리브의 폐쇄 단부는 상기 세장형 내부 슬리브의 길이방향 축에 대해서 횡단하는 방향으로 움직임을 제한하는 가이드에 의해 지지되고/되거나;
    상기 세장형 내부 슬리브의 폐쇄 단부는 상기 세장형 내부 슬리브의 길이방향 축에 대해서 횡단하는 방향으로 움직임을 제한하는 가이드에 의해 지지되고, 그리고 상기 가이드는 상기 세장형 내부 슬리브의 축 움직임 및 상기 세장형 내부 슬리브의 회전 움직임 중 적어도 하나를 추가로 제한하는, 극저온 저장 용기.
  8. 제1항에 있어서, 펌프 조립체를 더 포함하되, 상기 세장형 내부 슬리브 및 상기 펌프 조립체는 상기 펌프 조립체가 상기 세장형 내부 슬리브 내에 설치될 때 서로에 대해 밀봉하는 협동 표면을 가짐으로써, 상기 액화 가스가 상승할 수 있는 상기 세장형 내부 슬리브 내의 높이를 제한하거나; 또는
    펌프 조립체를 더 포함하되, 상기 세장형 내부 슬리브 및 상기 펌프 조립체는 상기 펌프 조립체가 상기 세장형 내부 슬리브 내에 설치될 때 서로에 대해 밀봉하는 협동 표면을 가짐으로써, 상기 액화 가스가 상승할 수 있는 상기 세장형 내부 슬리브 내의 높이를 제한하고, 상기 협동 표면은 상기 펌프 조립체와 연관된 플랜지 및 상기 세장형 내부 슬리브 안쪽에 레지(ledge)를 형성하는 칼라(collar)에 의해 형성되고/되거나;
    상기 리셉터클은 하부 단부와 수직으로 배향되며, 상기 하부 단부 및 상기 유체 연통 채널 둘 다는 상기 한제 공간의 최하부 가까이에 위치되고, 상기 극저온 저장 용기는, 상기 하부 단부 가까이에서의 유입구 내에서 상기 리셉터클 공간 안쪽에 배치된 펌프를 더 포함하는, 극저온 저장 용기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 리셉터클의 내부 표면 주위에서 연장되며 펌프 조립체가 상기 리셉터클에 설치될 때 상기 리셉터클을 가온 단부와 냉각 단부로 유체 분할하는 칼라;
    가압된 퍼지 가스의 공급부와 유체 연통하는 퍼지 밸브;
    상기 가온 단부와 상기 퍼지 밸브를 유체 연결하는 제1 퍼지 도관;
    상기 냉각 단부와 상기 퍼지 밸브를 유체 연결하는 제2 퍼지 도관;
    제2 저장 용기 및 상기 한제 공간 중 하나와 유체 연통하는 배출 밸브;
    상기 가온 단부와 상기 배출 밸브를 유체 연결하는 제1 배출 도관; 및
    상기 냉각 단부와 상기 배출 밸브를 유체 연결하는 제2 배출 도관을 더 포함하는, 극저온 저장 용기.
  10. 제9항에 있어서, 상기 배출 밸브로부터 하류에서 가스 연료의 농도를 검출하는 센서를 더 포함하고/하거나;
    상기 배출 밸브로부터 하류에서 압력을 검출하는 압력 센서를 더 포함하는, 극저온 저장 용기.
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KR1020167036958A 2014-06-03 2015-05-29 펌프 조립체를 수용하기 위한 리셉터클을 포함하는 극저온 저장 용기 Active KR102334465B1 (ko)

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