KR20240096906A - 저온 극저온 액체 공급망을 작동시키는 방법 - Google Patents
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Abstract
설비의 극저온 저장 용기는, 용기의 압력보다 더 낮은 압력을 갖는 극저온 액체 저장 탱크로부터의 극저온 액체로 충전된다. 용기 및 탱크의 헤드스페이스가 가스 이송 용기를 통해 서로 유체 연통하도록 배치되고, 압력 균형이 유지된 후에, 탱크와 용기 사이에 연결된 액체 이송 라인 내의 펌프가 작동되어, 펌핑된 극저온 액체에 의한 변위를 통해, 극저온 가스의 양이 용기로부터 탱크로 이송됨에 따라, 액체 이송 라인 및 펌프를 통해 탱크로부터 용기로 극저온 액체의 양을 이송한다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 특허출원은 2021년 11월 22일자로 출원된 미국 가특허출원 일련번호 제63/282,115호 및 2021년 11월 24일자로 출원된 미국 가특허출원 일련번호 제63/283,120호에 대한 우선권을 주장하는 것으로서, 이들 모두는 그 전체가 본원에 참조로 포함된다.
본 발명은 압력 균등화 및 펌핑을 사용하여 극저온 액체, 바람직하게는 액체 수소(LH2)를 공급 탱크(delivery tank)로부터 저장 용기로 이송하는 것에 관한 것이다.
극저온 액체의 열 함량에 따라, 극저온 액체는 다양한 온도/포화 압력일 수 있다. 이송/공급 공정을 통하여 유입된 또는 최종 용기 내의 임의의 열은 액체에 의해 흡수되어, 극저온 액체의 온도/포화 압력을 증가시키고, 포화 압력이 용기 내의 압력을 초과하는 경우, 극저온 액체가 비등할 것이다.
차량에 수소 연료를 공급하는 액체 수소 현장은 전형적으로 왕복 펌프를 사용하여, 액체 수소 저장 탱크로부터의 수소를 연료 공급 압력으로 가압한다. LH2 공급망 내의 이러한 최종 용기는, 공급 사이에 수일 동안 축적되는, 자연 열 누출로 인해 그리고 펌프 작동으로부터 용기로 회수되는 증기의 열로 인해, 상당한 양의 열을 극저온 액체 내로 유입시킨다. 액체 수소가 낮은 온도/열 함량으로 공급되는 경우, 액체 수소가 용기 내의 최대 압력에 도달하여 용기로부터 배출되어야 하기 전에, 더 높은 열 흡수량이 있다. 따라서, 공급되는 액체가 더 저온일수록, (적은 배출이 있기 때문에) 사용 가능할 수 있고 결국 차량 탱크의 내부에 있을 수 있는, 공급되는 생성물의 퍼센티지가 더 높아진다.
저온 액체를 공급하는 공급망을 작동시키기 위해, 특정 방법 및 장치를 통해 분자가 공급되어야 한다. 저온 공급망은, 고객이 공급된 LH2의 각각의 분자에 대한 최대 값을 수신하도록 보장하며, 모든 고객이 저온 생성물을 수신하도록 보장한다. 이러한 방법 및 장치를 사용하는 경우, 저온 액체를 공급하는 것과 더불어, 최종 용기는 생성되는 더 많은 LH2를 수용하고, 최종 용기는 더 많은 수소를 분배할 수 있다.
극저온 시스템 내의 열
용기 내의 압력 및 LH2의 포화 압력(온도/열 함량)에 따라, 열이 유입되는 경우 LH2가 어떻게 반응하는지가 결정된다. 포화 압력이 용기 내의 압력 미만인 경우, LH2는 기화되지 않고 일부 열을 흡수할 것이다. LH2의 포화 압력이 용기 내의 압력과 동일하면, LH2에 추가된 임의의 열은 LH2가 GH2로 기화되도록 할 것이다. 추가적인 GH2가 용기 내에 생성되는 경우, 용기 내의 압력이 증가한다. 용기가 이미 최대 작동 압력에 있는 경우, 추가적인 GH2는 배출되어야 할 것이다.
소량의 LH2가 유효 열 소스(예를 들어, 압력 빌더(builder) 또는 펌프)에 노출되는 경우, 열은 소량의 LH2의 증기 압력을 용기 내의 압력보다 더 크도록 신속하게 증가시킬 수 있고, 열은 트레일러 또는 용기 내의 나머지 LH2를 가열하지 않으면서 LH2의 적은 일부를 기화시킨다. 이러한 기술은, 대량 LH2 온도에 즉시 영향을 주지 않으면서 용기 내의 압력을 축적시키기 위해 사용된다.
유체 특성
저장 압력 근처의 임계 압력을 갖는 극저온 액체는 기상으로 높은 질량비를 갖는다. 전형적인 극저온 용기는 최대 200 psig까지 생성물을 저장하며, 수소 및 헬륨은 200 psig 미만인 임계 압력(각각 174 psig 및 18.5 psig)을 갖는다. 저장 장치의 압력이 임계 압력에 가까운 경우, 증기의 밀도는 액체의 밀도에 근접한다(도 1에서 압력이 189 psia에 근접함에 따른 수소 액체 및 증기의 밀도 참조).
전형적인 극저온 저장 용기의 압력 범위에 걸쳐서, 액체 부분 및 가스 부분에 의한 2상 유체의 전체 밀도에 대한 기여도를 고려한다. 액체 질소와 같이, 훨씬 더 높은 임계 온도를 갖는 다른 전형적인 극저온 액체와 비교하여, 동일한 압력에서 수소 증기로부터의 밀도의 비율 대 액체로부터의 밀도의 비율은 훨씬 더 높다. 즉, 주어진 체적의 2상 수소의 경우, 증기의 질량 대 액체의 질량의 비율은 2상 질소의 경우의 비율보다 훨씬 더 높다. 도 2는 포화 상태의 질소 밀도를 제공하며, 도 3은 증기 밀도 대 수소 및 질소의 포화 압력의 비율의 그래프 표현을 제공한다.
기상의 상대적으로 큰 질량 분율로 인해, LH2 공급에 영향을 주는 몇 가지 고유한 특성이 있다: 상당한 체적의 가스 응축물 및 상당한 열 함량의 증기. 이러한 효과는 아래의 실시예를 통해 구현된다:
1,000 gal 용기는 10% 액체 수소(100 gal LH2)를 수용하고, 나머지는 140 psig(31.7 K)의 포화 상태의 가스 수소(900 gal GH2)이다. 용기 내의 90% 액체(900 gal의 액체)에 도달하기 위해, 70 psig 포화 상태(28.0 K)의 410.3 갤런의 액체 수소가 용기에 추가되며, 용기 내의 결과적인 압력은 142.4 psig(31.8 K)이다.
비교를 위해, 1,000 gal 용기는 10% 액체 질소(100 gal LIN)를 수용하고, 나머지는 140 psig(104.8 K)의 포화 상태의 가스 질소(900 gal GAN)이다. 용기 내의 90% 액체(900 gal의 액체)에 도달하기 위해, 70 psig 포화 상태(96.0 K)의 720.2 갤런의 액체 질소가 용기에 추가되며, 용기 내의 결과적인 압력은 105.3 psig(100.9 K)이다.
90% 액체 및 최종 포화 압력에 도달하기 위해 용기에 추가되는 액체의 양에 큰 차이가 있다.
저온 유체가 용기에 유입되는 경우, 고온 가스가 응축되고, 수소의 기상의 큰 질량 분율로 인해, 응축물의 질량이 용기의 상당한 부분을 차지한다. 위의 실시예에서, 800 갤런의 총 액체 증가를 위해, 410.3 갤런의 LH2만이 추가된다. 기상의 응축물은 나머지 389.7 갤런을 형성하였다.
그 다음, 수소의 최종 온도(포화 압력)는 초기 유체 중 어느 하나보다 더 고온이다: 반면에, 질소의 최종 온도(포화 압력)는 초기 고온 용기 온도와 저온 유입 액체 질소 온도 사이이다. 수소 기상은, 임계 압력 근처의 수소 가스의 높은 상대 밀도 및 자연적으로 액체보다 훨씬 더 높은 열 함량을 갖는 증기로 인해, 상당한 양의 열을 전달한다. 증기의 높은 열 함량으로 인해, 증기는 낮은 임계 압력을 갖는 유체를 위한 열 관리에 중요한 역할을 한다. 증기의 이러한 높은 열 함량의 영향은, 시스템이 열역학적 평형으로 혼합되는 경우 특히 현저하며, 그 결과는 다른 극저온 유체와 함께 작업할 때 예상되는 것보다 더 높은 온도/포화 압력이다. 아래는 동일한 체적의 액체와 비교하여 가스의 체적에 저장된 열의 비율이다. (액체는 훨씬 더 높은 밀도를 갖지만, 더 낮은 열 함량을 가지므로, 체적당 더 높은 열 함량을 야기한다 - 예를 들어, 도 4 및 도 5 참조).
수소 액체와 비교하여 수소 증기 내의 열의 비율은, 질소(보다 전형적인 극저온 유체) 내의 비율보다 2배 이상 더 높다(예를 들어, 도 6 참조).
최신 기술
통상적인 액체 수소 트레일러는 전형적으로 공급을 수행하기 위해 적절한 이하의 회로를 갖는다: 압력 빌더 및 LH2 공급 라인. 적절한 압력을 유지하고, 트레일러 상태를 모니터링하며, 트레일러에 더 많은 LH2를 충전하기 위해, 다른 많은 회로가 트레일러 상에 있다. 최종 용기로의 공급을 위한 관련 회로는 도 10에 도시된다.
도 7은 전형적인 생성물 분배망을 위한 흐름도를 제공한다.
전형적으로, 드라이버(driver)는 생성물의 트레일러 적재당 2회 내지 4회 공급을 수행한다. 통상적인 공급 방법 및 분배 방식으로 인해, 많은 양의 열이 최종 용기 내에 존재하게 된다. 또한, LH2가 GH2로 전환되어 공급을 진행하기 때문에, 분배 공정이 비효율적이다.
유사한 공급 솔루션
액체 CO2 및 N2O의 공급은, 온실 가스 및 유독 가스가 대기로 배출되는 것을 방지하기 위한 목적으로 펌프, 액체 호스, 및 가스 이송 호스를 포함한다. 액체 CO2 또는 액체 N2O 저장 용기를 포함하는 설비는, 액체 수소 저장 탱크로부터 수소를 펌핑하는 설비와 매우 상이하다. CO2 및 NOx 설비에서, 고객은 전형적으로 가스를 수신하고, 분자는 높은 임계 압력(각각 1,071 psig 및 1,051 psig)을 갖는다. CO2 및 NOx 공급망은, 고객에게 생성물을 공급하기 위한 압력을 증가시키기 위해 사용자가 의도적으로 저장 용기에 열을 추가하기 때문에, 냉각에 중점을 두지 않는다. 실제로, 압력을 증가시키기 위해, CO2 및 NOx 저장 용기에 의도적으로 열이 추가된다. 추가적으로, 공급 시스템의 많은 부분이 공정 유체에 열을 추가한다.
공급 공정
통상적인 공급은, 연결 단계, 퍼지(purging) 및 냉각 단계, 압력 증가 및 공급 단계, 연결 해제 단계, 및 트레일러 내의 압력 감소 단계의 다수의 주요 단계로 구성된다. 먼저, 트레일러로부터 최종 용기로 진공 재킷형(jacketed) 호스가 연결된다. 그 다음, 트레일러의 증기 공간으로부터의 GH2의 유동으로 호스가 퍼지된다. 그 다음, 트레일러의 증기 공간으로부터 GH2의 다수의 압력 펄스로 호스가 퍼지된다. 퍼지 후에, 트레일러로부터의 액체 수소는, 배관/호스가 저온 온도에 도달하도록 배관 및 호스를 통하여 배출구로 유동한다. 준비 단계는 흔히 약 30 kg의 수소를 소비한다.
퍼지 및 냉각 단계가 수행되는 동안, 드라이버는 압력 빌더를 작동시켜서 트레일러 내의 압력을 최종 용기 내의 압력의 1 내지 2 bar 초과로 증가시키고, 이는 트레일러 내의 증기 공간의 양에 따라 약 20분이 소요될 수 있다. 트레일러가 적절한 압력에 있으면, 드라이버는 밸브를 개방하여 LH2가 최종 용기로 유동할 수 있도록 한다. LH2의 오프로딩(offloading) 동안, 드라이버는 압력 빌더를 계속 작동시켜서, 트레일러 내의 압력을 최종 용기 내의 압력의 1 내지 2 bar 초과로 유지시킨다. 최종 용기가 가득 차면, 드라이버는 LH2 공급 밸브를 폐쇄한다. 그 다음, 드라이버는 공급 호스가 약간 가열되도록 대기한 다음, 드라이버는 LH2 호스를 연결 해제한다. 주행 전에, 드라이버는 트레일러를 슬로싱(sloshing)하거나 트레일러를 배출시켜서 압력을 감소시키며, 도로를 주행하는 동안 트레일러가 배출시키지 않도록 보장할 것이다.
공급의 주요 양태는, 수소의 모든 유동이 트레일러로부터 시작되어 최종 용기를 향해 이동한다는 점이다. 이로 인해, 귀중한 저온 LH2는, 공급 전에 배관/호스의 퍼지 및 냉각을 위해 사용되는 모든 수소를 위한 소스이다. 이는 저온 극저온 액체의 바람직하지 못한 사용의 일 예이다.
열 유입 및 전달
통상적인 공급 공정에서, 시스템 내의 열의 특성에 중요한 역할을 하는 몇 가지 단계가 있다(즉, 압력 증가 및 슬로싱).
각각의 공급 동안, 드라이버는 대기 열교환기를 통하여 액체 수소를 유동시켜서, 대기 열교환기를 통하여 유동하는 LH2 내로 열을 추가함으로써, 이를 기화시키고 트레일러 내의 압력을 증가시킨다. 드라이버는 현장에 도착하면 트레일러 내의 압력을 증가시키셔, 트레일러 내의 압력이 최종 용기 내의 압력을 초과하도록 한다. 또한, 드라이버는 공급이 수행되는 동안 압력을 증가시킴으로써, 최종 용기 내의 압력보다 적어도 1 bar 더 높은 트레일러 내의 압력을 유지시킨다. 압력 증가는 상당한 양의 열을 트레일러의 기상(gas phase)에 추가한다.
슬로싱은 트레일러를 전방 및 후방으로 이동시키는 공정으로서, 액체 수소가 트레일러의 둘레에서 슬로싱되어 트레일러의 기상과 혼합될 수 있도록 한다. 이러한 공정 동안, 액체 및 증기 공간 내의 열은 두 유체 전체에 걸쳐서 확산되며, 시스템이 열역학적 평형에 도달한다. 기상은 압력 증가로 인해 추가적인 열을 갖기 때문에, 슬로싱은 기상 및 액상 전체에 걸쳐서 기상이었던 열을 확산시킬 것이다. 슬로싱으로 인해, 트레일러 내의 압력이 감소되고, LH2의 열 함량이 증가되며, 일부 가스가 액체로 응축된다.
트레일러 내의 열
공급 동안, 압력 빌더에 의해 열이 추가되어, 트레일러 내의 압력을 증가시킨다. 열은 트레일러 내의 압력을 증가시키기 위해 LH2를 GH2로 변환하기 위해 사용되며, 열은 주로 트레일러에서 기상으로 유지된다. 추가되는 열의 양은, 트레일러가 공급을 수행하기 위해 도달해야 하는 압력에 따라 좌우된다. 최종 용기 내의 압력이 상승되는 경우, 압력 빌더는 트레일러 내의 더 높은 압력에 도달하기 위해 더 많은 열을 추가하여 공급을 개시한다. 공급의 종료 시에, 트레일러 내의 압력은 최종 용기 내의 압력보다 적어도 1 bar 더 높다. 공급 후에, 트레일러 내의 압력은, 트레일러를 슬로싱하거나 트레일러를 배출시킴으로써, 매우 높은 상태(최종 용기 내의 압력 + 1 bar)로부터 감소되어야 한다. 배출에 의한 수소 분자의 손실을 방지하기 위해, 드라이버는 전형적으로 가능한 경우 슬로싱시킨다. 슬로싱 공정 동안, 트레일러는 열역학적 평형에 도달하고, 압력 빌더에 의해 유입된 열은 GH2 뿐만 아니라 LH2 전체에 걸쳐서 확산된다. 트레일러 내의 전형적인 온도 전개는 아래에 제시된다. 이러한 일련의 가정을 위해(점보 트레일러의 사용, 각각의 2개의 용기로의 동일한 최대량의 공급, 공급 전의 120 psig의 최종 용기 압력을 또한 포함함), 평균 공급 온도는 24 K(제1 공급의 경우 22.3 K, 및 제2 공급의 경우 25.5 K)이다(도 8 참조).
가정: 점보 트레일러, 2개의 용기로의 최대량 공급(각각의 용기에 동일한 양), 최종 용기는 공급 전에 120 psig이다.
최종 용기는, 공급된 액체가 낮은 온도/열 함량/포화 압력을 갖는 경우 보다 적절히 작동되며, 이상적인 공급 기술은 모든 최종 용기에 저온 액체를 공급할 것이다. 이러한 일련의 가정을 위해, 통상적인 공급 방법은, (120 psig 작동 압력으로) 전형적인 용기로의 제1 공급 후에, LH2의 온도가 3.5 K(28.1 psi 포화 압력)만큼 가열되도록 한다. 트레일러가 이러한 이동 시에 제3 공급을 위해 사용된 경우, LH2 온도가 다시 가열된다. 수소의 낮은 임계 압력은, 공급 후의 트레일러 내의 상당한 온도/포화 압력 증가에 기여한다.
공급 동안의 최종 용기 내의 열
공급 후의 최종 용기 내의 열의 양은, 최종 용기에 공급된 LH2의 열 함량, 및 공급 전의 최종 용기 내의 열의 양에 기초한다. 통상적인 공급 공정 동안의 열 및 질량의 상호 작용은 이러한 섹션에서 추가로 분석될 것이다.
LH2가 최종 용기로부터 사용 지점으로 펌핑되는 펌핑 현장의 최종 용기의 경우, 조작자가 최종 용기 내의 압력이 가능한 한 낮은 것을 선호하기 때문에, LH2 드라이버는 항상 용기의 상부로부터 최종 용기를 충전한다. 이러한 구성에서, 유입되는 LH2는 최종 용기 내의 GH2와 혼합되고, 용기의 내용물은 열역학적 평형에 도달한다. 최종 용기 내의 GH2는 많은 양의 열을 함유하므로, 용기 내의 최종 온도는 유입 액체의 온도보다 훨씬 더 높다. 이는 도 9에 도시된다.
앞서 언급된 바와 같이, 액체의 유입 온도 및 공급 방법은, 최종 용기의 결과적인 온도에 중요한 역할을 한다. 통상적인 공급 방법은, 최종 용기 내의 모든 초기 열을 유입 LH2로부터의 열과 결합하므로, 용기 내의 초기 열과 유입 LH2로부터의 열의 합이 용기 내에 유지된다.
공급 후의 최종 용기 내의 열
전술한 펌핑 현장에서의 작동 동안, 펌프 작동 및 자연적인 열 누출에 의해, 최종 용기에 열이 추가된다. 또한, 왕복 펌프의 작동은, LH2 중 일부가 펌프에서 열에 의해 기화되어 용기로 회수되기 때문에 열을 유입시킨다. 이러한 증기는, 흡입 회수 라인을 통해 용기로 회수된다. 펌프로부터 유입되는 열의 양은 상당하며, 이러한 열 유입으로 인해, 용기가 자주 배출된다. 또한, 최종 용기는 전형적으로 수일 동안 생성물의 공급을 유지하므로, 자연적인 열 누출로 인한 열이 최종 용기 내에 축적될 수 있다.
도 11은 열 누출이 주로 발생하는 곳을 보여주는 그래픽 디스플레이를 제공한다.
수소 연료 공급을 위해, 전형적인 산업용 용도보다 훨씬 더 높은 압력으로(예를 들어, 산업용 용도의 경우 ~200 bar와 비교하여, 연료 공급의 경우 900 bar) 수소가 펌핑되어야 한다. 고압이 필요하기 때문에, 펌프는 더 많은 과냉각을 필요로 하며, 펌프는 더 많은 열을 시스템으로 회수한다. 보다 자세한 내용에 대해서는 미국 특허출원 제17/465,103호의 1 페이지, 라인 20 내지 8 페이지, 라인 2를 참조한다.
공급망 비효율성
수소 연료 공급 현장은, 연료 전지 전기 자동차(FCEV)에 연료를 공급하기 위해 LH2가 폄핑되어야 하며, 가스 수소는 펌핑 현장에서 거의 사용되지 않거나 전혀 사용되지 않는다. 통상적인 공급망 관행은, LH2를 GH2로 변환하여 최종 용기를 위해 이용 가능한 LH2의 양을 감소시키는, 열(압력 빌더)을 추가함으로써, 많은 비효율을 유발한다. 통상적인 공급 방법을 사용하여, 가정된 조건(용기의 압력은 공급 전에 120 psig임)으로 2개의 용기의 이동 시에, 트레일러를 가압하기 위한 GH2를 제조하기 위해, 19%의 LH2가 사용된다(28.5 TPD 중 5.4 TPD, 아래의 도 12 참조). GH2로 변환되는 이러한 19%의 생성물은 최종 용기에 공급될 수 없으며, 공급망의 주요 비효율이다. 또한, 공급 후의 기상의 열은 트레일러 내의 잔여 LH2와 혼합되어, 가치가 떨어지는 저온 LH2를 생성한다. 앞서 설명된 바와 같이, 최종 용기에 공급되는 LH2의 평균 온도는 24 K이다.
다른 솔루션
일부 LH2 분배기는 원심 이송 펌프를 사용하여 LH2를 공급한다. 펌프를 사용하여 LH2를 가압함으로써, 압력 증가량이 감소된다. 최종 용기의 높은 압력으로 인해, 펌프는 큰 헤드 압력(약 5 bar)을 펌핑하는 성능을 필요로 한다. 액체 수소가 높은 압력으로 펌핑되는 경우, 펌프는 LH2에 열 및 작업을 추가하고, 최종 용기로 이동하는 LH2는 열 함량이 증가된다. 최종 용기는 이미 너무 많은 열로 인해 어려움을 겪으며, 원심 펌프는 더 많은 열을 추가함으로써 문제를 악화시킨다. 펌핑하는 경우에도, 트레일러에서 배출되는 액체에 의해 비워진 공간은 가스로 충전되어야 하고, 트레일러와 최종 용기 간의 충분한 차압이 유지되어야 하기 때문에, 압력 빌더가 사용된다. 펌핑에 의해, 통상적인 공급에서보다 트레일러에 추가되는 열이 적으므로, 공급 후에 트레일러가 혼합되는 경우, LH2는 현재 공급망만큼 고온이 아니다. 펌프는 최종 용기에 공급되는 LH2에 더 많은 열을 추가하며, 이는 최종 용기 내에 너무 많은 열이 있는 문제를 더욱 악화시킨다.
특정 실시형태에서, 본 발명은 극저온 공급망 내에서 저온을 보존하기 위한 근본적으로 고유한 시스템을 제안하는 방법 및 장치를 포함할 수 있다. 저온 극저온 공급망을 가능하게 하는 공급 기술은 첨단 공급 방법으로 지칭된다. 이러한 공급망의 모든 양태는, 열의 추가를 최소화하거나 방지하고 극저온 액체의 저온을 보존하도록 의도된다.
극저온 액체(liquid cryogen) 저장 탱크로부터의 극저온 액체로 설비에 설치된 극저온 액체 저장 용기를 충전하는 방법이 개시되고, 극저온 액체는 바람직하게는 액체 수소 또는 액체 헬륨이며, 보다 바람직하게는 액체 수소이고,
극저온 액체 저장 탱크로부터 극저온 액체 저장 용기로 액체 이송 도관을 연결하는 단계로서, 액체 이송 도관은 직렬로 배치된 제1 극저온 액체 펌프를 갖고, 연결된 액체 이송 도관은, 일정 양의 극저온 액체가 저장된 극저온 액체 저장 탱크 내의 극저온 액체 공간과, 일정 양의 극저온 액체가 저장된 극저온 액체 저장 용기 내의 극저온 액체 공간 간에, 하나 이상의 밸브를 통해 선택 가능하게 유체 연통하며, 상기 액체 이송 도관을 연결하는 단계 전에, 극저온 액체 저장 용기는, 극저온 액체 저장 탱크의 초기 압력보다 더 높은 초기 압력을 갖는, 단계;
가스 이송 도관 내에 배치된 하나 이상의 밸브를 통해, 가스 형태의 일정 양의 극저온 액체를 수용하는 극저온 액체 저장 용기의 헤드스페이스(headspace)와, 일정 양의 극저온 가스를 수용하는 극저온 액체 저장 탱크의 헤드스페이스 간에 선택 가능하게 유체 연통하는, 극저온 액체 저장 탱크와 극저온 액체 저장 용기 사이의 가스 이송 도관을 연결하는 단계;
가스 이송 도관 내의 하나 이상의 밸브를 개방함으로써, 극저온 액체 저장 용기 및 극저온 액체 저장 탱크 헤드스페이스를 압력 균등화하여, 이들의 초기 압력 간의 차이에 의해, 극저온 액체 저장 용기 헤드스페이스로부터 극저온 액체 저장 탱크 헤드스페이스로 극저온 가스가 이송될 수 있도록 하는 단계;
액체 이송 라인 내의 하나 이상의 밸브를 개방하여, 극저온 액체 저장 탱크 및 극저온 액체 저장 용기의 극저온 액체 공간 간에 유체 연통할 수 있도록 하는 단계;
극저온 가스의 양이 극저온 액체 저장 용기 헤드스페이스로부터 펌핑에 의해 유발된 극저온 액체 저장 탱크 헤드스페이스로 유동함에 따라, 액체 이송 라인 및 제1 펌프를 통해, 극저온 액체 저장 탱크의 극저온 액체 공간으로부터 극저온 액체 저장 용기의 극저온 액체 공간으로 일정 양의 극저온 액체를 펌핑하는 단계로서, 선택적으로, 상기 펌핑하는 단계는, 상기 펌핑을 개시하기 전에, 탱크 헤드스페이스와 용기 헤드스페이스 간의 압력의 차이가 0 또는 1 bar 미만의 미리 결정된 압력에 도달하는 경우 개시되는, 단계를 포함한다.
극저온 액체 저장 용기를 충전하는 방법의 선택적인 실시형태에서:
- 상기 압력 균등화는 압축기 또는 진공 펌프의 사용 없이 수행된다;
- 극저온 액체는, 압력 증가 회로의 사용 없이, 극저온 액체 저장 탱크의 극저온 액체 공간으로부터 극저온 액체 저장 용기의 극저온 액체 공간으로 이송된다;
- 방법은, 상기 압력 균등화 전에, 극저온 액체 저장 용기 헤드스페이스로부터의 극저온 가스의 양으로 가스 이송 도관 및/또는 액체 이송 도관을 퍼지하는 단계를 포함할 수 있다;
- 방법은, 상기 압력 균등화 전에 그리고 선택적으로 가스 및 액체 이송 도관의 임의의 퍼지 후에, 극저온 액체 저장 용기 헤드스페이스로부터의 극저온 가스의 양으로 가스 이송 도관 및/또는 액체 이송 도관을 예비 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다;
- 방법은, 상기 압력 균등화 전에 그리고 선택적으로 가스 및 액체 이송 도관의 임의의 예비 냉각 후에, 극저온 액체 저장 탱크의 극저온 액체 공간으로부터의 극저온 액체의 양으로 가스 이송 도관 및/또는 액체 이송 도관을 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다;
- 제1 펌프는, 극저온 액체 저장 탱크로부터의 극저온 액체를 용기의 압력 초과의 미리 결정된 값인 압력으로 압축시킨다;
- 미리 결정된 값은 3 bar 미만, 바람직하게는 2 bar 미만, 보다 바람직하게는 1 bar 이하이다;
- 제1 펌프는 원심 펌프이다;
- 제2 극저온 액체 펌프는 용기와 작동 가능하게 결합되며, 상기 제2 펌프 및 용기는, 제2 펌프가 용기의 극저온 액체 공간으로부터 설비의 사용 지점으로 극저온 액체의 양을 펌핑할 수 있게 하도록 적응 및 구성된다;
- 가스 이송 도관, 액체 이송 도관, 및 제1 펌프 중 하나 이상은 진공 재킷형이다;
- 제1 펌프를 구동하도록 적응 및 구성되는 제1 펌프와 작동 가능하게 결합된 구동 장치는, 진공 재킷형이거나 제1 펌프의 진공 재킷팅(jacketing)으로부터 외부에 위치된다;
- 가스 이송 도관의 하나 이상의 밸브는, 극저온 액체 저장 탱크에 인접한 제1 밸브, 및 용기에 인접한 제2 밸브를 포함하며, 액체 이송 도관의 하나 이상의 밸브는, 극저온 액체 저장 탱크에 인접한 제1 밸브, 및 용기에 인접한 제2 밸브를 포함하고, 상기 방법은,
제1 펌프의 작동을 정지시키는 단계;
가스 이송 도관의 제1 및 제2 밸브를 폐쇄하는 단계;
액체 이송 도관의 제1 및 제2 밸브를 폐쇄하는 단계;
이의 제1 및 제2 밸브 사이의 가스 이송 도관의 부분이 주변에 의해 가열되도록, 그리고 이의 제1 및 제2 밸브 사이의 액체 이송 도관의 부분이 주변에 의해 가열되도록, 선택적으로 미리 결정된 시간을 대기하는 단계; 및
상기 대기하는 단계 후에, 이의 제1 및 제2 밸브 사이의 가스 이송 도관의 부분, 및 이의 제1 및 제2 밸브 사이의 액체 이송 도관의 부분을 배출시키는 단계를 더 포함한다;
- 상기 펌핑하는 단계 전에, 용기의 극저온 액체 공간 내의 극저온 액체는, 극저온 액체 저장 탱크의 극저온 액체 공간 내의 극저온 액체의 초기 온도보다 더 높은 초기 온도를 갖는다;
- 상기 펌핑하는 단계 전에, 용기의 극저온 액체 공간 내의 극저온 액체는 초기 포화 온도를 가지며; 상기 방법의 수행 후에, 용기의 극저온 액체 공간 내의 극저온 액체는, 초기 포화 온도보다 더 낮은 포화 온도를 갖는다;
- 열은 상기 방법의 수행에 의해 용기로부터 제거된다; 및/또는
- 결합 시스템은, 가스 및 액체 이송 도관에 의해 연결된 용기 및 극저온 액체 저장 탱크로 구성되며, 주변으로부터의 열 누출, 및 펌프의 작동으로부터의 열의 추가를 통해서 외에, 결합 시스템에 열이 추가되지 않는다.
상이한 설비에 설치된 다수의 극저온 저장 용기에 극저온 액체를 공급하는 방법이 또한 개시되고, 극저온 액체는 바람직하게는 액체 수소 또는 액체 헬륨이며, 보다 바람직하게는 액체 수소이고,
a) 극저온 액체 탱커(tanker)의 극저온 액체 저장 탱크로부터 제1 설비에 설치된 제1 극저온 액체 저장 용기로 액체 이송 도관을 연결하는 단계로서, 액체 이송 도관은 직렬로 배치된 제1 극저온 액체 펌프를 갖고, 연결된 액체 이송 도관은, 일정 양의 극저온 액체가 저장된 극저온 액체 저장 탱크 내의 극저온 액체 공간과, 일정 양의 극저온 액체가 저장된 제1 용기 내의 극저온 액체 공간 간에, 하나 이상의 밸브를 통해 선택 가능하게 유체 연통하며, 상기 액체 이송 도관을 연결하는 단계 전에, 제1 용기는, 탱커와 제1 용기 사이의 액체 이송 도관의 상기 연결 전의 극저온 액체 저장 탱크의 초기 압력보다 더 높은 초기 압력을 갖는, 단계;
b) 가스 이송 도관 내에 배치된 하나 이상의 밸브를 통해, 가스 형태의 일정 양의 극저온 액체를 수용하는 제1 용기의 헤드스페이스와, 일정 양의 극저온 가스를 수용하는 극저온 액체 저장 탱크의 헤드스페이스 간에, 선택 가능하게 유체 연통하는, 극저온 액체 저장 탱크와 제1 용기 사이의 가스 이송 도관을 연결하는 단계;
c) 가스 이송 도관 내의 하나 이상의 밸브를 개방함으로써, 극저온 액체 저장 탱크 헤드스페이스 및 제1 용기의 헤드스페이스를 압력 균등화하여, 이들의 초기 압력 간의 차이에 의해, 제1 용기의 헤드스페이스로부터 극저온 액체 저장 탱크 헤드스페이스로 극저온 가스가 이송될 수 있도록 하는 단계;
d) 액체 이송 라인 내의 하나 이상의 밸브를 개방하여, 극저온 액체 저장 탱크의 극저온 액체 공간과 제1 용기의 극저온 액체 공간 간에 유체 연통할 수 있도록 하는 단계;
e) 극저온 가스의 양이 제1 용기의 헤드스페이스로부터 펌핑에 의해 유발된 극저온 액체 저장 탱크 헤드스페이스로 유동함에 따라, 액체 이송 라인 및 제1 펌프를 통해, 극저온 액체 저장 탱크의 극저온 액체 공간으로부터 제1 용기의 극저온 액체 공간으로 일정 양의 극저온 액체를 펌핑하는 단계로서, 극저온 액체 저장 탱크는 상기 펌핑하는 단계의 완료 후에 중간 압력을 갖는, 단계;
f) 극저온 액체 저장 탱크와 제1 용기 사이의 가스 및 액체 이송 도관을 연결 해제하는 단계;
g) 극저온 액체 저장 탱크와 제1 용기 사이의 가스 및 액체 이송 도관의 연결 해제 후에, 제1 설비로부터 제2 극저온 액체 저장 용기가 설치된 제2 설비로 극저온 액체 탱커를 주행하는 단계;
h) 상기 주행하는 단계 후에, 제1 극저온 액체 저장 탱크로부터 제2 극저온 액체 저장 용기로 액체 이송 도관을 연결하는 단계로서, 액체 이송 도관은 직렬로 배치된 제1 극저온 액체 펌프를 갖고, 연결된 액체 이송 도관은, 일정 양의 극저온 액체가 저장된 극저온 액체 저장 탱크 내의 극저온 액체 공간과, 일정 양의 극저온 액체가 저장된 제2 용기 내의 극저온 액체 공간 간에, 하나 이상의 밸브를 통해 선택 가능하게 유체 연통하며, 상기 주행하는 단계 후에 그리고 극저온 액체 저장 탱크와 제1 용기 사이의 액체 이송 도관의 연결 전에, 제2 용기는 중간 압력보다 더 높은 초기 압력을 갖는, 단계;
i) 가스 이송 도관 내에 배치된 하나 이상의 밸브를 통해, 가스 형태의 일정 양의 극저온 액체를 수용하는 제2 용기의 헤드스페이스와, 일정 양의 극저온 가스를 수용하는 극저온 액체 저장 탱크의 헤드스페이스 간에, 선택 가능하게 유체 연통하는, 극저온 액체 저장 탱크와 제2 용기 사이의 가스 이송 도관을 연결하는 단계;
j) 가스 이송 도관 내의 하나 이상의 밸브를 개방함으로써, 극저온 액체 저장 탱크 헤드스페이스 및 제2 용기의 헤드스페이스를 압력 균등화하여, 중간 압력과 제2 용기의 초기 압력 간의 차이에 의해, 제2 용기의 헤드스페이스로부터 극저온 액체 저장 탱크 헤드스페이스로 극저온 가스가 이송될 수 있도록 하는 단계;
k) 액체 이송 라인 내의 하나 이상의 밸브를 개방하여, 극저온 액체 저장 탱크의 극저온 액체 공간과 제2 용기의 극저온 액체 공간 간에 유체 연통할 수 있도록 하는 단계; 및
l) 극저온 가스의 양이 제2 용기의 헤드스페이스로부터 펌핑에 의해 유발된 극저온 액체 저장 탱크 헤드스페이스로 유동함에 따라, 액체 이송 라인 및 제1 펌프를 통해, 극저온 액체 저장 탱크의 극저온 액체 공간으로부터 제2 용기의 극저온 액체 공간으로 일정 양의 극저온 액체를 펌핑하는 단계를 포함한다.
상이한 설비에 설치된 다수의 극저온 저장 용기에 극저온 액체를 공급하는 방법의 선택적인 실시형태에서:
- 극저온 액체 저장 탱크의 헤드스페이스와 제1 용기의 헤드스페이스 간의 그리고 극저온 액체 저장 탱크의 헤드스페이스와 제2 용기의 헤드스페이스 간의 압력 균등화는, 압축기 또는 진공 펌프의 사용 없이 수행된다;
- 극저온 액체는, 압력 증가 회로의 사용 없이, 극저온 액체 저장 탱크의 극저온 액체 공간으로부터 제1 용기의 극저온 액체 공간으로 그리고 극저온 액체 저장 탱크의 극저온 액체 공간으로부터 제2 용기의 극저온 액체 공간으로 이송된다;
- 방법은,
극저온 액체 저장 탱크와 제1 용기 간의 압력 균등화 전에, 제1 용기의 헤드스페이스로부터의 극저온 가스의 양으로 가스 이송 도관 및/또는 액체 이송 도관을 퍼지하는 단계; 및/또는
극저온 액체 저장 탱크와 제2 용기 간의 압력 균등화 전에, 제2 용기의 헤드스페이스로부터의 극저온 가스의 양으로 가스 이송 도관 및/또는 액체 이송 도관을 퍼지하는 단계를 더 포함할 수 있다;
- 방법은,
극저온 액체 저장 탱크와 제1 용기 간의 압력 균등화 전에, 그리고 선택적으로 극저온 액체 저장 탱크와 제1 용기 사이의 가스 및 액체 이송 도관의 임의의 퍼지 후에, 제1 용기의 헤드스페이스로부터의 극저온 가스의 양으로 가스 이송 도관 및/또는 액체 이송 도관을 예비 냉각시키는 단계; 및/또는
극저온 액체 저장 탱크와 제2 용기 간의 압력 균등화 전에, 그리고 선택적으로 극저온 액체 저장 탱크와 제2 용기 사이의 가스 및 액체 이송 도관의 임의의 퍼지 후에, 제2 용기의 헤드스페이스로부터의 극저온 가스의 양으로 가스 이송 도관 및/또는 액체 이송 도관을 예비 냉각시키는 단계를 더 포함할 수 있다;
- 방법은, 극저온 액체 저장 탱크와 제1 용기 간의 압력 균등화 전에, 그리고 선택적으로 극저온 액체 저장 탱크와 제1 용기 사이의 가스 및 액체 이송 도관의 임의의 예비 냉각 후에, 극저온 액체 저장 탱크의 극저온 액체 공간으로부터의 극저온 액체의 양으로 가스 이송 도관 및/또는 액체 이송 도관을 냉각시키는 단계를 더 포함할 수 있다;
- 제1 펌프는, 극저온 액체 저장 탱크로부터의 극저온 액체를 제1 용기의 압력 초과의 미리 결정된 값인 압력으로 압축시키며, 바람직하게는 미리 결정된 값은 3 bar 미만, 보다 바람직하게는 2 bar 미만, 그리고 보다 더 바람직하게는 1 bar 이하이다;
- 제1 펌프는, 극저온 액체 저장 탱크로부터의 극저온 액체를 제2 용기의 압력 초과의 미리 결정된 값인 압력으로 압축시키며, 바람직하게는 미리 결정된 값은 3 bar 미만, 보다 바람직하게는 2 bar 미만, 그리고 보다 더 바람직하게는 1 bar 이하이다;
- 제1 펌프는 원심 펌프이다;
- 제2 극저온 액체 펌프는 제1 용기와 작동 가능하게 결합되며, 상기 제2 펌프 및 제1 용기는, 제2 펌프가 제1 용기의 극저온 액체 공간으로부터 제1 설비의 사용 지점으로 극저온 액체의 양을 펌핑할 수 있게 하도록 적응 및 구성된다;
- 제3 극저온 액체 펌프는 제2 용기와 작동 가능하게 결합되며, 상기 제3 펌프 및 제2 용기는, 제3 펌프가 제2 용기의 극저온 액체 공간으로부터 제2 설비의 사용 지점으로 극저온 액체의 양을 펌핑할 수 있게 하도록 적응 및 구성된다;
- 가스 이송 도관, 액체 이송 도관, 제1 펌프, 및 제2 펌프 중 하나 이상은 진공 재킷형이다;
- 제1 펌프를 구동하도록 적응 및 구성되는 제1 펌프와 작동 가능하게 결합된 구동 장치는, 진공 재킷형이거나 제1 펌프의 진공 재킷팅으로부터 외부에 위치된다;
- 가스 이송 도관의 하나 이상의 밸브는, 극저온 액체 저장 탱크에 인접한 제1 밸브, 및 제1 용기에 인접한 제2 밸브를 포함하며, 액체 이송 도관의 하나 이상의 밸브는, 극저온 액체 저장 탱크에 인접한 제1 밸브, 및 제1 용기에 인접한 제2 밸브를 포함하고, 상기 방법은,
제1 펌프의 작동을 정지시키는 단계;
가스 이송 도관의 제1 및 제2 밸브를 폐쇄하는 단계;
액체 이송 도관의 제1 및 제2 밸브를 폐쇄하는 단계;
이의 제1 및 제2 밸브 사이의 가스 이송 도관의 부분이 주변에 의해 가열되도록, 그리고 이의 제1 및 제2 밸브 사이의 액체 이송 도관의 부분이 주변에 의해 가열되도록, 선택적으로 미리 결정된 시간을 대기하는 단계; 및
상기 대기하는 단계 후에, 이의 제1 및 제2 밸브 사이의 가스 이송 도관의 부분, 및 이의 제1 및 제2 밸브 사이의 액체 이송 도관의 부분을 배출시키는 단계를 더 포함한다;
- 가스 이송 도관의 하나 이상의 밸브는, 극저온 액체 저장 탱크에 인접한 제1 밸브, 및 제2 용기에 인접한 제2 밸브를 포함하며, 액체 이송 도관의 하나 이상의 밸브는, 극저온 액체 저장 탱크에 인접한 제1 밸브, 및 제2 용기에 인접한 제2 밸브를 포함하고, 상기 방법은,
제1 펌프의 작동을 정지시키는 단계;
가스 이송 도관의 제1 및 제2 밸브를 폐쇄하는 단계;
액체 이송 도관의 제1 및 제2 밸브를 폐쇄하는 단계;
이의 제1 및 제2 밸브 사이의 가스 이송 도관의 부분이 주변에 의해 가열되도록, 그리고 이의 제1 및 제2 밸브 사이의 액체 이송 도관의 부분이 주변에 의해 가열되도록, 선택적으로 미리 결정된 시간을 대기하는 단계; 및
상기 대기하는 단계 후에, 이의 제1 및 제2 밸브 사이의 가스 이송 도관의 부분, 및 이의 제1 및 제2 밸브 사이의 액체 이송 도관의 부분을 배출시키는 단계를 더 포함한다;
- 상기 단계 (e) 전에, 제1 용기의 극저온 액체 공간 내의 극저온 액체는, 단계 (a) 동안 극저온 액체 저장 탱크의 극저온 액체 공간 내의 극저온 액체의 초기 온도보다 더 높은 초기 온도를 갖는다;
- 상기 단계 (l) 전에, 제2 용기의 극저온 액체 공간 내의 극저온 액체는, 단계 (h) 동안 극저온 액체 저장 탱크의 극저온 액체 공간 내의 극저온 액체의 초기 온도보다 더 높은 초기 온도를 갖는다;
- 상기 단계 (a) 전에, 제1 용기의 극저온 액체 공간 내의 극저온 액체는 초기 포화 온도를 가지며; 상기 단계 (e)의 수행 후에, 제1 용기의 극저온 액체 공간 내의 극저온 액체는, 초기 포화 온도보다 더 낮은 포화 온도를 갖는다;
- 상기 단계 (h) 전에, 제2 용기의 극저온 액체 공간 내의 극저온 액체는 초기 포화 온도를 가지며; 상기 단계 (l)의 수행 후에, 제2 용기의 극저온 액체 공간 내의 극저온 액체는, 초기 포화 온도보다 더 낮은 포화 온도를 갖는다;
- 열은 상기 방법의 수행에 의해 제1 및 제2 용기로부터 제거된다;
- 결합 시스템은, 가스 및 액체 이송 도관에 의해 연결된 제1 용기 및 극저온 액체 저장 탱크로 구성되며, 주변으로부터의 열 누출, 및 펌프의 작동으로부터의 열의 추가를 통해서 외에, 결합 시스템에 열이 추가되지 않는다; 및/또는
- 결합 시스템은, 가스 및 액체 이송 도관에 의해 연결된 제2 용기 및 극저온 액체 저장 탱크로 구성되며, 주변으로부터의 열 누출, 및 펌프의 작동으로부터의 열의 추가를 통해서 외에, 결합 시스템에 열이 추가되지 않는다.
또한, 극저온 저장 용기에 극저온 액체를 충전하기 위한 시스템이 개시되고, 시스템은, 극저온 액체를 저장하도록 적응 및 구성되는 극저온 액체 저장 탱크를 갖는 극저온 액체 탱커로서, 극저온 액체는 수소 및 헬륨으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 극저온 액체 탱커; 가스 이송 도관으로서, 제1 및 제2 단부, 이의 제1 단부에 인접한 제1 밸브, 및 이의 제2 단부에 인접한 제2 밸브를 가지며, 가스 이송 도관의 제1 및 제2 밸브는, 충전될 액체 저장 용기의 헤드스페이스로부터 극저온 액체 저장 탱크의 헤드스페이스로의 극저온 가스의 이송을 가능하게 하거나 방지하도록 적응 및 구성되는, 가스 이송 도관; 액체 이송 도관으로서, 제1 및 제2 단부, 이의 제1 단부에 인접한 제1 밸브, 이의 제2 단부에 인접한 제2 밸브, 및 제1 밸브와 제2 밸브 사이에 배치된 극저온 액체 펌프를 가지며, 액체 이송 도관의 제1 및 제2 밸브는, 극저온 액체 저장 탱크의 극저온 액체 저장 공간으로부터 충전될 용기의 극저온 액체 저장 공간으로의 극저온 액체의 이송을 가능하게 하거나 방지하도록 적응 및 구성되는, 액체 이송 도관; 및 전자 제어기를 포함하며, 전자 제어기는, 액체 이송 도관의 제1 및 제2 밸브가 폐쇄되는 동안 가스 이송 도관의 제1 및 제2 밸브를 개방하여, 충전될 용기의 헤드스페이스로부터 극저온 액체 저장 탱크의 헤드스페이스로의 극저온 가스의 유동을 가능하게 하고; 액체 이송 도관의 제1 및 제2 밸브를 개방하고, 가스 이송 도관의 제1 및 제2 밸브가 개방된 상태로 유지될 수 있도록 하며, 극저온 액체 저장 탱크의 극저온 액체 공간으로부터 충전될 용기의 극저온 액체 공간으로 극저온 액체의 양을 펌핑하도록 펌프를 작동시켜서, 충전될 용기의 헤드스페이스로부터 극저온 액체 저장 탱크의 헤드스페이스로 극저온 가스가 유동할 수 있게 하도록 적응 및 구성된다.
다른 실시형태에서, 시스템은, 이의 제1 및 제2 단부와 평행 유동 연통하는 가스 이송 도관 내에 배치된 배출 라인(vent line), 및 이의 제1 및 제2 밸브와 평행 유동 연통하는 액체 이송 도관 내에 배치된 배출 라인을 더 포함할 수 있으며, 가스 이송 도관은, 이의 배출 라인으로부터 유체가 배출되는 것을 가능하게 하거나 방지하도록 구성되는 제3 밸브를 더 포함하고, 액체 이송 도관은, 이의 배출 라인으로부터 유체가 배출되는 것을 가능하게 하거나 방지하도록 구성되는 제3 밸브를 더 포함하며, 전자 제어기는, 제1 밸브를 개방하도록 추가로 적응 및 구성된다.
또한, 극저온 저장 용기에 극저온 액체를 충전하기 위한 결합 시스템이 개시되고, 결합 시스템은,
극저온 액체, 바람직하게는 액체 수소 또는 액체 헬륨, 보다 바람직하게는 액체 수소를 저장하도록 적응 및 구성된 극저온 액체 공간, 및 극저온 가스를 수용하는 이의 극저온 액체 공간 위의 헤드스페이스를 갖는 극저온 액체 저장 탱크를 갖는 극저온 액체 탱커;
극저온 액체, 바람직하게는 액체 수소 또는 액체 헬륨, 보다 바람직하게는 액체 수소를 저장하도록 적응 및 구성된 극저온 액체 공간, 및 극저온 가스를 수용하는 이의 극저온 액체 공간 위의 헤드스페이스를 포함하는 극저온 저장 용기;
제1 및 제2 단부, 이의 제1 단부에 인접한 제1 밸브, 및 이의 제2 단부에 인접한 제2 밸브를 갖는 가스 이송 도관으로서, 이의 제1 단부는, 극저온 액체 저장 탱크 헤드스페이스와 유체 연통하도록 선택 가능하게 배치되도록, 유체 기밀 방식으로 극저온 액체 저장 탱크에 연결되고, 이의 제2 단부는, 용기 헤드스페이스와 유체 연통하도록 선택 가능하게 배치되도록, 유체 기밀 방식으로 용기에 연결되며, 가스 이송 도관의 제1 및 제2 밸브는, 용기 헤드스페이스로부터 극저온 액체 저장 탱크 헤드스페이스로의 극저온 가스의 이송을 가능하게 하거나 방지하도록 적응 및 구성되는, 가스 이송 도관;
제1 및 제2 단부, 이의 제1 단부에 인접한 제1 밸브, 이의 제2 단부에 인접한 제2 밸브, 및 이들 사이의 극저온 액체 펌프를 갖는 액체 이송 도관으로서, 이의 제1 단부는, 극저온 액체 저장 탱크의 극저온 액체 공간과 유체 연통하도록 선택 가능하게 배치되도록, 유체 기밀 방식으로 극저온 액체 저장 탱크에 연결되고, 이의 제2 단부는, 용기의 극저온 액체 공간과 유체 연통하도록 선택 가능하게 배치되도록, 유체 기밀 방식으로 용기에 연결되며, 액체 이송 도관의 제1 및 제2 밸브는, 극저온 액체 저장 탱크의 극저온 액체 저장 공간으로부터 용기의 극저온 액체 저장 공간으로의 극저온 액체의 이송을 가능하게 하거나 방지하도록 적응 및 구성되는, 액체 이송 도관; 및
전자 제어기를 포함하며, 전자 제어기는,
액체 이송 도관의 제1 및 제2 밸브가 폐쇄되는 동안 가스 이송 도관의 제1 및 제2 밸브를 개방하여, 용기 헤드스페이스로부터 극저온 액체 저장 탱크 헤드스페이스로의 극저온 가스의 유동을 가능하게 하고;
액체 이송 도관의 제1 및 제2 밸브를 개방하고, 가스 이송 도관의 제1 및 제2 밸브가 개방된 상태로 유지될 수 있도록 하며, 극저온 액체 저장 탱크의 극저온 액체 공간으로부터 용기의 극저온 액체 공간으로 극저온 액체의 양을 펌핑하도록 펌프를 작동시켜서, 용기 헤드스페이스로부터 극저온 액체 저장 탱크 헤드스페이스로 극저온 가스가 유동할 수 있게 하도록 적응 및 구성된다.
다른 실시형태에서, 결합 시스템은, 이의 제1 및 제2 단부와 평행 유동 연통하는 가스 이송 도관 내에 배치된 배출 라인, 및 이의 제1 및 제2 밸브와 평행 유동 연통하는 액체 이송 도관 내에 배치된 배출 라인을 더 포함할 수 있으며, 가스 이송 도관은, 이의 배출 라인으로부터 유체가 배출되는 것을 가능하게 하거나 방지하도록 구성되는 제3 밸브를 더 포함하고, 액체 이송 도관은, 이의 배출 라인으로부터 유체가 배출되는 것을 가능하게 하거나 방지하도록 구성되는 제3 밸브를 더 포함하며, 전자 제어기는, 제1 밸브를 개방하도록 추가로 적응 및 구성된다.
또한, 극저온 유체 이송 장치가 개시되고, 극저온 유체 이송 장치는, 제1 탱크, 제2 탱크, 및 유체 이송 회로를 포함하며, 제1 탱크는, 이의 하부 부분에서 액상으로 그리고 이의 상부 부분에서 기상으로 극저온 유체를 저장하도록 구성된 극저온 유체 분배 탱크를 포함하고, 제2 탱크는, 이의 하부 부분에서 액상으로 그리고 이의 상부 부분에서 기상으로 극저온 유체를 수용하도록 구성된 극저온 수용 탱크를 포함하며, 유체 이송 회로는 제1 및 제2 탱크를 연결하도록 구성되고, 유체 이송 회로는, 제1 및 제2 탱크의 상부 부분을 연결하고 적어도 하나의 밸브를 포함하는 제1 파이프, 및 제1 탱크에 연결된 흡입구 및 제2 탱크에 연결된 배출구를 갖는 펌프를 포함하는, 제2 탱크에 제1 탱크의 하부 부분을 연결하는 제2 파이프를 포함하며, 제1 라인의 적어도 하나의 밸브 및 펌프는, 펌프를 통한 제1 탱크로부터 제2 탱크로의 액상의 극저온 유체의 이송 동안 적어도 하나의 밸브를 개방함으로써, 제1 및 제2 탱크의 상부 부분의 유체 연결을 보장하도록 구성된다.
선택적인 실시형태에서, 극저온 유체 이송 장치는, 제2 탱크의 상부 부분을 제1 탱크의 하부 부분에 연결하는 제3 파이프를 더 포함할 수 있으며, 제3 파이프는 밸브를 포함한다.
또한, 극저온 유체를 이송하기 위한 장치를 사용하여 극저온 유체를 이송하기 위한 방법이 개시되고, 장치는, 극저온 유체를 분배하고, 초기 압력으로, 그 내부의 하부 부분에서 액상으로 그리고 그 내부의 상부 부분에서 기상으로 극저온 유체를 저장하도록 구성된 제1 탱크; 제2 초기 압력으로, 그 내부의 하부 부분에서 액상으로 그리고 그 내부의 상부 부분에서 기상으로 제1 탱크로부터의 극저온 유체를 수용하도록 구성된 제2 극저온 탱크; 및 제1 및 제2 탱크를 연결하는 유체 이송 회로를 포함하며, 유체 이송 회로는, 제1 및 제2 탱크의 상부 부분을 연결하고 적어도 하나의 밸브를 포함하는 제1 파이프, 및 제1 탱크의 하부 부분을 제2 탱크에 연결하고, 제1 탱크로부터 제2 탱크로의 극저온 유체의 액체 흐름의 이송을 차단하거나 승인하기 위한 하나 이상의 밸브의 세트를 포함하는, 제2 파이프를 포함하고, 제1 탱크에 연결된 흡입구 및 제2 탱크에 연결된 배출구를 포함하는 펌프를 더 포함하며, 제1 파이프의 적어도 하나의 밸브 및 펌프는, 펌프를 통한 제1 탱크로부터 제2 탱크로의 액체의 이송 동안 적어도 하나의 밸브를 개방함으로써 유체 연통하도록 제1 및 제2 탱크의 상부 부분을 배치하도록 구성되고, 방법은, 제1 탱크와 제2 극저온 탱크 간의 극저온 유체의 이송을 보장하며, 방법은, 제1 파이프의 적어도 하나의 밸브가 폐쇄되면서 제2 파이프의 밸브의 세트가 초기에 폐쇄됨으로써, 제1 파이프의 적어도 하나의 밸브를 개방하여, 제1 및 제2 탱크를 압력 균등화하고, 제2 탱크의 압력을 이의 초기 압력으로부터 감소시키며, 제1 탱크의 압력을 이의 초기 압력으로부터 증가시키는 단계; 및 펌프를 작동시키고, 제2 파이프의 밸브의 세트를 개방하여, 제1 탱크로부터 제2 탱크로 액체 형태로 극저온 유체를 이송하는 단계를 포함한다.
극저온 유체를 이송하기 위한 방법의 선택적인 실시형태에서:
- 상기 펌프를 작동시키는 단계는, 제2 탱크의 감소된 압력 및 제1 탱크의 증가된 압력이 2 내지 8 bar인 경우 개시되며, 감소된 압력은 증가된 압력보다 더 높다;
- 증가된 압력과 감소된 압력 간의 차이는 1 bar 미만의 결정된 차이이다;
- 방법은, 펌프의 유효 흡입 헤드(net positive suction head)가 제1 탱크로부터 제2 탱크로의 극저온 유체의 이송을 위해 불충분하게 되는 경우, 대기 히터(atmospheric heater)를 사용하여 제1 탱크 또는 제2 탱크를 가압하는 단계를 포함할 수 있다;
- 제2 파이프는, 제1 탱크의 하부 부분을 제2 탱크의 하부 부분에 연결한다; 및/또는
- 극저온 유체는 수소이다.
위에 언급된 실시형태와 더불어, 전술한 방법, 시스템, 결합 시스템, 및 장치는 이하의 양태 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
상기 압력 균등화는 압축기 또는 진공 펌프의 사용 없이 수행된다;
극저온 액체는, 압력 증가 회로의 사용 없이, 탱크의 극저온 액체 공간으로부터 용기의 극저온 액체 공간으로 이송된다;
상기 압력 균등화 전에, 용기 헤드스페이스로부터의 극저온 가스의 양으로 가스 이송 도관 및/또는 액체 이송 도관을 퍼지한다;
상기 압력 균등화 전에 그리고 선택적으로 가스 및 액체 이송 도관의 임의의 퍼지 후에, 용기 헤드스페이스로부터의 극저온 가스의 양으로 가스 이송 도관 및/또는 액체 이송 도관을 예비 냉각시킨다;
상기 압력 균등화 전에 그리고 선택적으로 가스 및 액체 이송 도관의 임의의 예비 냉각 후에, 탱크의 극저온 액체 공간으로부터의 극저온 액체의 양으로 가스 이송 도관 및/또는 액체 이송 도관을 냉각시킨다;
제1 펌프는, 탱크로부터의 극저온 액체를 용기의 압력 초과의 미리 결정된 값인 압력으로 압축시킨다;
미리 결정된 값은 3 bar 미만, 바람직하게는 2 bar 미만, 보다 바람직하게는 1 bar 이하이다;
제1 펌프는 원심 펌프이다;
제2 극저온 액체 펌프는 용기와 작동 가능하게 결합되며, 상기 제2 펌프 및 용기는, 제2 펌프가 용기의 극저온 액체 공간으로부터 설비의 사용 지점으로 극저온 액체의 양을 펌핑할 수 있게 하도록 적응 및 구성된다;
가스 이송 도관, 액체 이송 도관, 및 제1 펌프 중 하나 이상은 진공 재킷형이다;
제1 펌프를 구동하도록 적응 및 구성되는 제1 펌프와 작동 가능하게 결합된 구동 장치는, 진공 재킷형이거나 제1 펌프의 진공 재킷팅으로부터 외부에 위치된다;
가스 이송 도관의 하나 이상의 밸브는, 탱크에 인접한 제1 밸브 및 용기에 인접한 제2 밸브를 포함하며, 액체 이송 도관의 하나 이상의 밸브는, 탱크에 인접한 제1 밸브 및 용기에 인접한 제2 밸브를 포함하고, 상기 방법은, 제1 펌프의 작동을 정지시키는 단계; 가스 이송 도관의 제1 및 제2 밸브를 폐쇄하는 단계; 액체 이송 도관의 제1 및 제2 밸브를 폐쇄하는 단계; 이의 제1 및 제2 밸브 사이의 가스 이송 도관의 부분이 주변에 의해 가열되도록, 그리고 이의 제1 및 제2 밸브 사이의 액체 이송 도관의 부분이 주변에 의해 가열되도록, 선택적으로 미리 결정된 시간을 대기하는 단계; 및 상기 대기하는 단계 후에, 이의 제1 및 제2 밸브 사이의 가스 이송 도관의 부분, 및 이의 제1 및 제2 밸브 사이의 액체 이송 도관의 부분을 배출시키는 단계를 더 포함한다;
상기 펌핑하는 단계 전에, 용기의 극저온 액체 공간 내의 극저온 액체는, 탱크의 극저온 액체 공간 내의 극저온 액체의 초기 온도보다 더 높은 초기 온도를 갖는다;
상기 펌핑하는 단계 전에, 용기의 극저온 액체 공간 내의 극저온 액체는 초기 포화 온도를 가지며; 상기 방법의 수행 후에, 용기의 극저온 액체 공간 내의 극저온 액체는, 초기 포화 온도보다 더 낮은 포화 온도를 갖는다;
열은 상기 방법의 수행에 의해 용기로부터 제거된다;
결합 시스템은, 가스 및 액체 이송 도관에 의해 연결된 용기 및 탱크로 구성되며, 주변으로부터의 열 누출, 및 펌프의 작동으로부터의 열의 추가를 통해서 외에, 결합 시스템에 열이 추가되지 않는다;
탱크의 헤드스페이스와 제1 용기의 헤드스페이스 간의 그리고 탱크의 헤드스페이스와 제2 용기의 헤드스페이스 간의 압력 균등화는, 압축기 또는 진공 펌프의 사용 없이 수행된다;
극저온 액체는, 압력 증가 회로의 사용 없이, 탱크의 극저온 액체 공간으로부터 제1 용기의 극저온 액체 공간으로 그리고 탱크의 극저온 액체 공간으로부터 제2 용기의 극저온 액체 공간으로 이송된다;
탱크와 제1 용기 간의 압력 균등화 전에, 제1 용기의 헤드스페이스로부터의 극저온 가스의 양으로 가스 이송 도관 및/또는 액체 이송 도관을 퍼지하거나/퍼지하고; 탱크와 제2 용기 간의 압력 균등화 전에, 제2 용기의 헤드스페이스로부터의 극저온 가스의 양으로 가스 이송 도관 및/또는 액체 이송 도관을 퍼지한다;
탱크와 제1 용기 간의 압력 균등화 전에, 그리고 선택적으로 탱크와 제1 용기 사이의 가스 및 액체 이송 도관의 임의의 퍼지 후에, 제1 용기의 헤드스페이스로부터의 극저온 가스의 양으로 가스 이송 도관 및/또는 액체 이송 도관을 예비 냉각시키거나/예비 냉각시키고; 탱크와 제2 용기 간의 압력 균등화 전에, 그리고 선택적으로 탱크와 제2 용기 사이의 가스 및 액체 이송 도관의 임의의 퍼지 후에, 제2 용기의 헤드스페이스로부터의 극저온 가스의 양으로 가스 이송 도관 및/또는 액체 이송 도관을 예비 냉각시킨다;
탱크와 제1 용기 간의 압력 균등화 전에, 그리고 선택적으로 탱크와 제1 용기 사이의 가스 및 액체 이송 도관의 임의의 예비 냉각 후에, 탱크의 극저온 액체 공간으로부터의 극저온 액체의 양으로 가스 이송 도관 및/또는 액체 이송 도관을 냉각시킨다;
제1 펌프는, 탱크로부터의 극저온 액체를 제1 용기의 압력 초과의 미리 결정된 값인 압력으로 압축시키며, 바람직하게는 미리 결정된 값은 3 bar 미만, 보다 바람직하게는 2 bar 미만, 그리고 보다 더 바람직하게는 1 bar 이하이다;
제1 펌프는, 탱크로부터의 극저온 액체를 제2 용기의 압력 초과의 미리 결정된 값인 압력으로 압축시키며, 바람직하게는 미리 결정된 값은 3 bar 미만, 보다 바람직하게는 2 bar 미만, 그리고 보다 더 바람직하게는 1 bar 이하이다;
제1 펌프는 원심 펌프이다;
제2 극저온 액체 펌프는 제1 용기와 작동 가능하게 결합되며, 상기 제2 펌프 및 제1 용기는, 제2 펌프가 제1 용기의 극저온 액체 공간으로부터 제1 설비의 사용 지점으로 극저온 액체의 양을 펌핑할 수 있게 하도록 적응 및 구성된다;
제3 극저온 액체 펌프는 제2 용기와 작동 가능하게 결합되며, 상기 제3 펌프 및 제2 용기는, 제3 펌프가 제2 용기의 극저온 액체 공간으로부터 제2 설비의 사용 지점으로 극저온 액체의 양을 펌핑할 수 있게 하도록 적응 및 구성된다;
가스 이송 도관, 액체 이송 도관, 제1 펌프, 및 제2 펌프 중 하나 이상은 진공 재킷형이다;
제1 펌프를 구동하도록 적응 및 구성되는 제1 펌프와 작동 가능하게 결합된 구동 장치는, 진공 재킷형이거나 제1 펌프의 진공 재킷팅으로부터 외부에 위치된다;
가스 이송 도관의 하나 이상의 밸브는, 탱크에 인접한 제1 밸브 및 제1 용기에 인접한 제2 밸브를 포함하며, 액체 이송 도관의 하나 이상의 밸브는, 탱크에 인접한 제1 밸브 및 제1 용기에 인접한 제2 밸브를 포함하고, 상기 방법은, 제1 펌프의 작동을 정지시키는 단계; 가스 이송 도관의 제1 및 제2 밸브를 폐쇄하는 단계; 액체 이송 도관의 제1 및 제2 밸브를 폐쇄하는 단계; 이의 제1 및 제2 밸브 사이의 가스 이송 도관의 부분이 주변에 의해 가열되도록, 그리고 이의 제1 및 제2 밸브 사이의 액체 이송 도관의 부분이 주변에 의해 가열되도록, 선택적으로 미리 결정된 시간을 대기하는 단계; 및 상기 대기하는 단계 후에, 이의 제1 및 제2 밸브 사이의 가스 이송 도관의 부분, 및 이의 제1 및 제2 밸브 사이의 액체 이송 도관의 부분을 배출시키는 단계를 더 포함한다;
가스 이송 도관의 하나 이상의 밸브는, 탱크에 인접한 제1 밸브 및 제2 용기에 인접한 제2 밸브를 포함하며, 액체 이송 도관의 하나 이상의 밸브는, 탱크에 인접한 제1 밸브 및 제2 용기에 인접한 제2 밸브를 포함하고, 상기 방법은, 제1 펌프의 작동을 정지시키는 단계; 가스 이송 도관의 제1 및 제2 밸브를 폐쇄하는 단계; 액체 이송 도관의 제1 및 제2 밸브를 폐쇄하는 단계; 이의 제1 및 제2 밸브 사이의 가스 이송 도관의 부분이 주변에 의해 가열되도록, 그리고 이의 제1 및 제2 밸브 사이의 액체 이송 도관의 부분이 주변에 의해 가열되도록, 선택적으로 미리 결정된 시간을 대기하는 단계; 및 상기 대기하는 단계 후에, 이의 제1 및 제2 밸브 사이의 가스 이송 도관의 부분, 및 이의 제1 및 제2 밸브 사이의 액체 이송 도관의 부분을 배출시키는 단계를 더 포함한다;
상기 단계 (e) 전에, 제1 용기의 극저온 액체 공간 내의 극저온 액체는, 단계 (a) 동안 탱크의 극저온 액체 공간 내의 극저온 액체의 초기 온도보다 더 높은 초기 온도를 갖는다;
상기 단계 (l) 전에, 제2 용기의 극저온 액체 공간 내의 극저온 액체는, 단계 (h) 동안 탱크의 극저온 액체 공간 내의 극저온 액체의 초기 온도보다 더 높은 초기 온도를 갖는다;
상기 단계 (a) 전에, 제1 용기의 극저온 액체 공간 내의 극저온 액체는 초기 포화 온도를 가지며; 상기 단계 (e)의 수행 후에, 제1 용기의 극저온 액체 공간 내의 극저온 액체는, 초기 포화 온도보다 더 낮은 포화 온도를 갖는다;
상기 단계 (h) 전에, 제2 용기의 극저온 액체 공간 내의 극저온 액체는 초기 포화 온도를 가지며; 상기 단계 (l)의 수행 후에, 제2 용기의 극저온 액체 공간 내의 극저온 액체는, 초기 포화 온도보다 더 낮은 포화 온도를 갖는다;
열은 상기 방법의 수행에 의해 제1 및 제2 용기로부터 제거된다;
결합 시스템은, 가스 및 액체 이송 도관에 의해 연결된 제1 용기 및 탱크로 구성되며, 주변으로부터의 열 누출을 통해서 외에, 결합 시스템에 열이 추가되지 않는다;
결합 시스템은, 가스 및 액체 이송 도관에 의해 연결된 제2 용기 및 탱크로 구성되며, 주변으로부터의 열 누출을 통해서 외에, 결합 시스템에 열이 추가되지 않는다;
이의 제1 및 제2 단부와 평행 유동 연통하는 가스 이송 도관 내에 배출 라인이 배치되며, 이의 제1 및 제2 밸브와 평행 유동 연통하는 액체 이송 도관 내에 배출 라인이 배치되고, 가스 이송 도관은, 이의 배출 라인으로부터 유체가 배출되는 것을 가능하게 하거나 방지하는 제3 밸브를 더 포함하며; 액체 이송 도관은, 이의 배출 라인으로부터 유체가 배출되는 것을 가능하게 하거나 방지하는 제3 밸브를 더 포함하고; 전자 제어기는 제1 밸브를 개방하도록 추가로 적응 및 구성된다;
제3 파이프는 제2 탱크의 상부 부분을 제1 탱크의 하부 부분에 연결시키며, 제3 파이프는 밸브를 포함한다;
상기 펌프를 작동시키는 단계는, 제2 탱크의 감소된 압력 및 제1 탱크의 증가된 압력이 1 내지 10 bar인 경우 개시되며, 감소된 압력은 증가된 압력보다 더 높다;
증가된 압력과 감소된 압력 간의 차이는 1 bar 미만의 결정된 차이이다;
펌프의 NPSH가 제1 탱크로부터 제2 탱크로의 극저온 유체의 이송을 위해 불충분하게 되는 경우, 대기 히터를 사용하여 제1 탱크 또는 제2 탱크를 가압한다;
제2 파이프는, 제1 탱크의 하부 부분을 제2 탱크의 하부 부분에 연결한다;
제2 파이프는, 제1 탱크의 하부 부분을 제2 탱크의 상부 부분에 연결한다;
극저온 유체는 수소이다;
액체 이송 도관으로부터의 극저온 액체는 용기의 헤드스페이스 내로 분사된다; 및/또는
전술한 방법 중 어느 하나의 수행 시의 전술한 시스템 또는 장치 중 어느 하나의 사용.
본 발명의 특성 및 목적에 대한 추가적인 이해를 위해, 첨부된 도면과 함께 고려되는 이하의 상세한 설명을 참조해야 하며, 첨부된 도면에서, 유사한 요소에는 동일하거나 유사한 참조 번호가 부여되고, 첨부된 도면으로서:
도 1은 액체 및 증기 부분 둘 모두에 대한 포화 상태에서의 수소의 밀도 대 포화 압력의 그래프이다.
도 2는 액체 및 증기 부분에 대한 포화 상태에서의 질소 밀도의 그래프이다.
도 3은 수소 및 질소 둘 모두에 대한 포화 압력 대 액체 밀도의 일부분으로서의 증기 밀도의 비율의 그래프이다.
도 4는 수소의 증기 및 액체 둘 모두에 대한 포화 압력 대 체적 열 함량의 그래프이다.
도 5는 수소에 대한 포화 압력 대 증기 열 함량(액체 열 함량의 일부분으로서)의 그래프이다.
도 6은 수소 및 질소에 대한 포화 압력 대 증기 열 함량(액체 열 함량의 일부분으로서)의 그래프이다.
도 7은 통상적인 액체 수소 공급망의 흐름도이다.
도 8은 통상적인 공급을 위한 시간 대 LH2 온도의 그래프이다.
도 9는 통상적인 공급을 위한 열 및 질량 전달의 개략도이다.
도 10은 통상적인 액체 수소 공급 방법의 개략도이다.
도 11은 최종 용기에서의 열의 소스의 개략도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시형태의 개략도이다.
도 13은 자동화된 제어를 사용하는 본 발명의 다른 실시형태의 개략도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시형태에 따른 후속 공급을 위한 시간 대 LH2 온도의 그래프이다.
도 15는 본 발명의 일 실시형태를 위한 열 및 질량 전달의 개략도이다.
도 1은 액체 및 증기 부분 둘 모두에 대한 포화 상태에서의 수소의 밀도 대 포화 압력의 그래프이다.
도 2는 액체 및 증기 부분에 대한 포화 상태에서의 질소 밀도의 그래프이다.
도 3은 수소 및 질소 둘 모두에 대한 포화 압력 대 액체 밀도의 일부분으로서의 증기 밀도의 비율의 그래프이다.
도 4는 수소의 증기 및 액체 둘 모두에 대한 포화 압력 대 체적 열 함량의 그래프이다.
도 5는 수소에 대한 포화 압력 대 증기 열 함량(액체 열 함량의 일부분으로서)의 그래프이다.
도 6은 수소 및 질소에 대한 포화 압력 대 증기 열 함량(액체 열 함량의 일부분으로서)의 그래프이다.
도 7은 통상적인 액체 수소 공급망의 흐름도이다.
도 8은 통상적인 공급을 위한 시간 대 LH2 온도의 그래프이다.
도 9는 통상적인 공급을 위한 열 및 질량 전달의 개략도이다.
도 10은 통상적인 액체 수소 공급 방법의 개략도이다.
도 11은 최종 용기에서의 열의 소스의 개략도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시형태의 개략도이다.
도 13은 자동화된 제어를 사용하는 본 발명의 다른 실시형태의 개략도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시형태에 따른 후속 공급을 위한 시간 대 LH2 온도의 그래프이다.
도 15는 본 발명의 일 실시형태를 위한 열 및 질량 전달의 개략도이다.
전술한 문제의 주요 원인은, 최종 용기가 공급망 및 현장 작업으로부터 열을 축적하기 때문이다. 통상적인 방법으로 공급되는 LH2는 고온(높은 열 함량)이며, 공급 직후에 용기 내의 LH2 더 고온이 되게 한다. 현장 작업에 의해 더 많은 열이 추가된다. 이러한 모든 열 입력으로 인해, 증가된 배출량을 유발하여, 수소 생성물의 심각한 손실을 야기하고, 이에 따라 연료 소스로서 수소를 사용하는 운영 경제성을 감소시킨다.
본 발명의 특정 실시형태는, 최종 용기와 트레일러 간에 압력을 균등화하여 가스가 유동할 수 있게 하고, 펌프로의 최소 전력 입력으로 트레일러로부터 최종 용기로 LH2를 추진시킴으로써, 트레일러로부터 최종 용기로(하나의 용기로부터 다른 용기로) 수소를 이송하는 방법, 시스템, 및 장치를 제안한다. 이러한 작업의 조합은, 통상적인 공급 방법으로부터 크게 감소된 최종 용기 내의 최종 온도/포화 압력을 야기한다. 또한, 공급 후의 트레일러 내의 LH2의 온도/포화 압력은, 통상적인 공급 방법을 사용하는 경우보다 덜 급격하게 증가하여, 더 저온 액체가 후속 최종 용기에 공급될 수 있다.
가스가 최종 용기로부터 트레일러로 이송될 수 있도록 함으로써, 트레일러는 공급 동안 적절한 압력을 유지하기 위해 가스를 추가할 필요가 없다. 최종 용기로부터의 가스는, 트레일러 내의 압력을 공급을 위해 적합한 압력으로 상승시키고, 액체가 트레일러에서 배출되어 최종 용기 내로 유동함에 따라, 최종 용기로부터의 가스는 LH2가 배출된 공간을 충전할 수 있다. 최종 용기로부터의 가스의 공급은, 트레일러 내의 압력을 유지하기 위해 이미 시스템 내에 있는 열을 사용하며, 시스템의 외부로부터의 열이 트레일러에 추가되지 않는다(압력 빌더).
가스가 최종 용기로부터 트레일러로 이송될 수 있도록 함으로써, 최종 용기 내의 가스 수소 내에 축적된 열이 트레일러로 이송된다. 이러한 열은 최종 용기로부터 제거되기 때문에, 최종 용기는 공급의 종료 시에 훨씬 더 낮은 온도/포화 압력에 도달할 수 있다. 트레일러 및 최종 용기는 공급 전반에 걸쳐서 균등화되기 때문에, 공급의 종료 시에 트레일러 내의 압력도 훨씬 더 낮다. 균등화된 더 낮은 압력과 더불어, 첨단 공급에 따라, 공급의 종료 시에 트레일러가 최종 용기보다 1 내지 2 bar 더 높을 필요가 없다. 첨단 공급의 종료 시의 트레일러 내의 압력은, 통상적인 공급의 종료 시의 트레일러 내의 압력보다 훨씬 더 낮다. 트레일러 내의 더 낮은 압력은, 트레일러 내의 기상의 더 낮은 밀도 및 열 함량과 동일하다. 트레일러가 슬로싱되는 경우, LH2는 통상적인 공급 방법에 비해 거의 많은 열을 흡수하지 못한다. 더 낮은 열 함량은 저온 LH2의 후속 공급을 가능하게 한다.
펌프는 단지 액체를 최종 용기 내로 가압하기 위한 추진력을 제공하도록 설계된다. 트레일러 및 최종 용기는 동일한 압력이기 때문에, 트레일러로부터 최종 용기로 LH2를 가압하기 위한 전력 입력은 거의 필요하지 않다. 또한, 트레일러 및 최종 용기가 균등화되는 경우, 트레일러 내의 압력 증가로 인해, 펌프에 제공된 액체가 과냉각된다. 펌프는 펌핑 과정 동안 액체에 기포를 형성시키지 않기 때문에, 과냉각된 액체가 효율적으로 펌핑될 수 있다.
과냉각 코일은, 펌프 성능을 개선하기 위해 최종 용기로부터 열을 제거하기 위한 한 가지 방법을 제안했다. 과냉각 코일은, 용기 내의 LH2를 팽창시켜서 냉각을 유발함으로써 최종 용기로부터 열을 제거하는 저속 공정이다. 저온 극저온 공급망은, 트레일러 내에 사용하기 위해 최종 용기로부터 증기를 제거함으로써 최종 용기 내의 열을 감소시키기 위한 다른 개념이다. 저온 극저온 공급망은, 더 저온(더 낮은 열 함량) LH2를 최종 용기 내로 공급하고, 높은 열 함량을 갖는 증기를 최종 용기로부터 제거하여, 이러한 증기를 트레일러로 전송함으로써, 최종 용기 내의 열을 감소시킨다. 공급 후의 최종 용기 내의 더 낮은 열 함량은, 열을 수용하기 위한 더 많은 용량을 갖는 LH2를 제공함으로써 현장의 효율을 개선하고, 펌프 성능을 개선할 것이다.
공급 장비
도 12는 첨단 공급 장치 및 방법에 대한 제1 실시형태를 제공한다. 이러한 실시형태는 액체 호스(2), 가스 호스(4), 및 원심 펌프(6)를 포함할 수 있다. 바람직하게는 압력 빌더는 사용되지 않는다. 액체 호스(2)는 트레일러(10)의 하부를 최종 용기(20)에 연결한다. 가스 호스(4)는 트레일러(12)의 상부를 최종 용기(10)의 상부에 연결한다. 원심 펌프(6)는 액체 라인(2)을 따라 어느 곳에나 배치될 수 있다: 이는 트레일러 상에/트레일러 내에 또는 현장에 배치될 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 공정의 모든 부분은 주변으로부터 극저온 액체로의 열 누출을 최소화하도록 절연된다. 예를 들어, 가스 호스 및 가스 배관을 포함하는 공정 라인 및 호스는 진공 재킷형일 수 있다. 펌프는 진공 재킷형일 수 있으며, 구동 장치는 진공 재킷 내에 설치될 수 있거나, 구동 장치는 열 누출을 감소시키기 위한 방법을 통해 극저온 시스템의 외부에 있을 수 있다.
특정 실시형태에서, 펌프는, 배관으로부터의 저항(헤드의 1 내지 2 bar)을 극복하기 위한 헤드만을 제공하도록 설계된다. 펌프에 의해 제공되는 적은 양의 헤드로 인해, 펌프는 유체 내로 최소 전력을 입력하고, 펌프의 비효율성으로 인한 열을 거의 유입시키지 않는다. 또한, 펌프는 작은 풋프린트에 맞도록 설계될 수 있다.
공급 공정
특정 실시형태에서, 공급은, 연결 단계, 퍼지 및 냉각 단계, LH2를 공급하기 위한 펌핑 단계, 및 연결 해제 단계의 다수의 주요 단계를 포함할 수 있다. 먼저, 액체 호스(2) 및 가스 호스(4)(둘 모두 진공 재킷형)는 트레일러(10)로부터 최종 용기(12)로 연결된다. 그 다음, 최종 용기(12)의 증기 공간으로부터의 고온 GH2의 흐름으로 호스가 퍼지된다. 그 다음, 최종 용기의 증기 공간으로부터의 GH2의 다수의 압력 펄스로 호스가 퍼지된다. 퍼지 후에, 최종 용기(12)로부터의 가스 수소가 배관 및 호스를 통하여 순환되어 시스템을 냉각시킨다. 그 다음, 트레일러(10)로부터의 소량의 액체 수소가 펌프(6) 및 액체 호스(2)를 통하여 유동하여 최종 냉각을 달성한다. 첨단 공급 동안, 트레일러(10)로부터의 가스 수소 대신에, 퍼지 및 냉각 단계의 대부분을 위해 최종 용기(12)로부터의 가스 수소가 사용된다. 최종 용기(12) 내의 가스는, 시스템 내의 다른 유체에 비해 가장 높은 열 함량을 갖는다.
퍼지 및 냉각 후에, 가스 호스(4) 둘레의 밸브가 개방되어, 트레일러 및 최종 용기가 균등화될 수 있도록 한다. 그 다음, 액체 호스(2) 둘레의 밸브가 개방되어, 최종 용기 및 트레일러의 액상 간에 연통될 수 있도록 한다. 그 다음, 펌프(6)가 턴 온되고, 액체가 트레일러(10)로부터 최종 용기(12)로 유동하기 시작한다. 액체가 트레일러(10)로부터 최종 용기(12)로 유동하는 동안, 가스 수소는 가스 호스(4)를 통해 최종 용기로부터 트레일러로 다시 유동한다.
공급 후에, 주변 상태에 의해 가열될 수 있는 히터로 가열된 용기(12)로부터의 GH2를 사용하여, 호스가 가열된 다음, 호스는 연결 해제된다. 드라이버는, 압력이 주행을 위한 허용 가능한 범위 내에 있기 때문에 트레일러(10) 내의 압력을 감소시킬 필요가 없다. 트레일러가 도로로 운반됨에 따라, 유체는 자연스럽게 슬로싱될 것이며, 증기 및 액체가 혼합되어 열역학적 평형에 도달할 것이다.
상세한 공급 장비 및 공정
도 12에 도시된 바와 같은 간단한 시스템으로 공급이 수행될 수 있다. 그러나, 당업자는 전반적인 개념을 개선하기 위해 추가적인 복잡성이 포함될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 도 13은 도 12에 도시된 실시형태에 비해 개선된 실시형태를 제공한다. 이러한 실시형태에서, 첨단 공급 방법의 실제 구현을 위한 개념은 추가적인 단계로 더 복잡하며, 자동화된 공급을 포함할 수 있다. 밸브 및 펌프를 작동시키고 다수의 센서를 모니터링하는 제어기를 통해, 공급 공정이 자동화될 수 있다. 자동화는 드라이버의 작업을 감소시킴으로써 공급을 더 안전하고 더 신속하게 할 것이다.
도시된 실시형태에서, 공급 단계는,
- 모든 밸브를 폐쇄된 위치로 작동시키는 단계;
- 배출 밸브(VV1 및 VV2)를 개방한 다음, 가스 호스(4)를 연결하는 단계;
- 배출 밸브(VV1 및 VV2)를 폐쇄하는 단계;
- 배출 밸브(VV3 및 VV4)를 개방한 다음, 액체 호스(2)를 연결하는 단계;
- 배출 밸브(VV3 및 VV4)를 폐쇄하는 단계;
- 밸브(VG1 및 VG2)를 개방함으로써 가스 호스(4)를 퍼지하는 단계(이에 따라, 용기(12)로부터 위로 히터(5)를 통하여, VG2를 통하여, 그 다음 VG1에서 배출되기 전에 라인(4)을 통하여, 가스가 유동할 수 있다);
- VG1 및 VG2를 폐쇄하는 단계;
- 트레일러 상의 수동 유동 밸브(V1 및 V2)를 개방하고, 액체 호스가 압력을 유지하는지를 확인하는 단계;
- VG2 및 VL2와 함께, 바이패스 밸브(15)를 개방함으로써 액체 라인(2)을 퍼지하기 시작하는 단계;
- 밸브(15), VG2, 및 VL2를 폐쇄하는 단계;
- (밸브(V1 및 V2)와 함께) 수동 용기 가스 밸브(V3)를 개방하고, 시스템을 냉각시키도록 제어기에 명령하는 단계;
- 시스템을 냉각시키는 단계로서, 시스템을 냉각시키는 단계는,
밸브(15), 밸브(17), 및 밸브(VL2)의 자동 개방을 포함하는, 용기(12)로부터의 GH2를 사용하여 호스 및 펌프를 냉각시키는 단계,
밸브(21)를 개방하면서, 밸브(15)를 폐쇄하고, 밸브(19)를 개방하며, 밸브(21)를 개방함으로써(밸브(V3, 17, V2, 및 VL2)도 개방된 상태로 유지됨), 탱크(10)로부터의 LH2를 통해 펌프를 냉각시키는 단계(가스는 용기(12)와 탱크(10) 간에 균형을 유지할 수 있음)를 포함하는, 단계;
- 냉각이 완료되면, 밸브(VL2)를 폐쇄한 다음, 충전 밸브(23)를 개방하는 단계;
- 펌프(6)를 작동시키도록 PLC에 명령하는 단계;
- 펌프(6)가 계속 작동되면서 용기를 충전시키고, V3을 통해 4를 거쳐서 탱크(10)의 상부로 가스를 유동하여, 펌프(6)가 탱크(10)로부터 용기(12)로 액체 수소를 가압하기 위한 헤드(head)를 제공하는 동안, 2개의 탱크의 압력을 유사하게 유지시키는 단계;
- 용기(12)가 충전된 후에, 펌프(6)를 정지시키고, 밸브(19)와 함께 용기 밸브(23 및 V3)를 폐쇄하는 단계;
- 호스를 가열하여 호스 내의 압력을 배출시키는 단계로서,
가열하기 위해, 밸브(VG2) 및 밸브(VL2)를 개방하기 전에, 다른 모든 밸브가 폐쇄된 위치에 있는 동안, 밸브(21, 15, V2, V1, 및 17)를 개방하고(이에 따라, 용기(12)로부터의 가스(H2)가 나머지 도관으로 이동하기 전에 히터(5)에서 가열될 수 있음),
배출하기 위해, 잔여 가스가 VL2에서 배출되도록, 밸브(VG2)를 폐쇄하는(용기(12)로부터의 GH2를 정지시킴), 단계;
- 호스를 제거하는 단계로서,
개방된 밸브(V1, V2 및 VL2)를 제외한 모든 밸브를 폐쇄하고,
트레일러 밸브(V1 및 V2)를 폐쇄하며,
배출 밸브(VV4)를 개방함으로써 액체 호스를 배출시킨 다음, 액체 호스(2)를 연결 해제하고,
배출 밸브(VV2)를 개방함으로써 가스 호스를 배출시킨 다음, 가스 호스(4)를 연결 해제하는, 단계;
- 호스가 연결 해제되는지를 PLC가 확인하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직한 실시형태에서, PLC 명령은,
- 호스가 연결되면, 가스 호스를 퍼지하는 단계;
- 트레일러 상의 수동 밸브가 개방되면, LH2 호스를 퍼지하는 단계;
- 용기 상의 가스 밸브가 개방되면, 냉각시키고 가스 균형을 유지하는 단계;
- 용기 상의 충전 밸브가 개방되면, 펌프를 작동시키는 단계;
- 충전이 완료되면, 펌프를 정지시키는 단계;
- 탱크 상의 수동 밸브가 폐쇄되면, 호스를 가열하고, 호스를 통해 압력을 배출시키는 단계; 및
- 호스가 연결 해제되는지를 확인하는 단계를 포함할 수 있다.
추가적인 실시형태에서, 방법 및 장치는 추가적인 세부 사항을 포함할 수 있으며, 이는 아래에 요약된다:
GH
2
호스 퍼지
- 짧은 지정된 기간 동안, 고온 GH2 공급 밸브(VG2)를 개방한다. PT3 상의 압력은 지정된 압력보다 더 커야 한다. 바람직하게는, 압력이 안정되기 위한 지정된 시간을 허용한다. 그 다음, 압력을 모니터링하고, 압력이 지정된 기간 내에 지정된 양 미만으로 감소하지 않는 경우, GH2 호스는 누출되지 않는다. 압력이 지정된 압력 미만으로 감소할 때까지, 가스 회수 배출 밸브(VG1)를 개방한다. 예상된 바와 같이 압력이 감소하는 경우, 배출 밸브가 작동된다.
- 트레일러 상의 가스 회수 배출 밸브(VG1) 및 고온 GH2 공급 밸브(VG2)를 개방함으로써 유동 퍼지한다. 타이머가 만료될 때까지 퍼지가 계속된다.
- 압력 퍼지: 호스가 지정된 압력을 충족시킬 때까지, 고온 GH2 공급 밸브를 개방한다. 고온 GH2 공급 밸브를 폐쇄한다. 압력이 지정된 압력 미만일 때까지, 트레일러 상의 가스 회수 배출 밸브를 개방한다. 가스 회수 배출 밸브를 폐쇄한다. 지정된 카운트에 대해 반복한다.
LH
2
호스 퍼지
- 짧은 지정된 기간 동안, 고온 GH2 공급 밸브(VG2)를 개방한다. PT1 및 PT3 상의 압력은 지정된 압력보다 더 커야 한다. 압력이 안정되기 위한 지정된 시간을 허용한다. 그 다음, 압력을 모니터링하고, 압력이 지정된 기간 내에 지정된 양 미만으로 감소하지 않는 경우, LH2 호스(2)는 누출되지 않는다. 압력이 지정된 압력 미만으로 감소할 때까지, LH2 호스 배출 밸브(VL2)를 개방한다. 예상된 바와 같이 압력이 감소하는 경우, 배출 밸브가 작동된다.
- 최종 용기 상의 고온 GH2 공급 밸브(VG2), 트레일러 상의 교차 밸브(15), 및 최종 용기 상의 LH2 호스 배출 밸브(VL2)를 개방함으로써, 유동 퍼지한다. 타이머가 만료될 때까지 퍼지가 계속된다.
- 호스가 지정된 압력을 충족시킬 때까지, 고온 GH2 공급 밸브를 개방함으로써 압력 퍼지한다. 압력이 지정된 압력 미만일 때까지, 최종 용기 상의 LH2 호스 배출 밸브(VL2)를 개방한다. 지정된 카운트에 대해 반복한다.
GH
2
냉각
- 최종 용기 상의 GH2 밸브(V3), 트레일러(15) 상의 교차 밸브, 및 최종 용기 상의 LH2 호스 배출 밸브(VL2)를 개방한다.
옵션 1: 지정된 시간 동안 냉각시킨다. TT1이 타이머의 종료 시에 지정된 온도 미만인 경우, 다음 단계로 계속된다.
옵션 2: TT1이 지정된 온도에 도달할 때까지 냉각시킨다. (냉각이 지정된 시간을 초과하는 경우 경고를 표시한다.) 다음 단계로 계속된다.
균등화 및 LH
2
냉각
- 최종 용기 및 트레일러가 균등화될 수 있도록, 트레일러 상의 GH2 밸브(21) 및 최종 용기 상의 GH2 밸브(17)를 개방한다.
옵션 1: 트레일러 상의 LH2 밸브(19) 및 최종 용기 상의 LH2 호스 배출 밸브(VL2)를 지정된 시간 동안 개방한다. TT1이 타이머의 종료 시에 지정된 온도 미만인 경우, 다음 단계로 계속된다.
옵션 2: TT1이 지정된 온도에 도달할 때까지, 트레일러 상의 LH2 밸브 및 최종 용기 상의 LH2 호스 배출 밸브를 개방한다. (냉각이 지정된 시간을 초과하는 경우 경고를 표시한다.) 다음 단계로 계속된다.
펌프 작동 허용
- TT1이 지정된 온도 미만인 경우, 펌프(6)가 작동될 수 있다.
펌프 가동
- 펌프를 가동하는 동안, 다수의 센서가 모니터링되어, 문제가 있는지 여부를 결정한다. 펌프의 온도(TT1)가 지정된 값 미만으로 유지되어야 하며, 그렇지 않으면 펌프가 정지될 것이다. 시동 후의 지정된 기간 초기에, PT1과 PT2 간의 차압은 지정된 값 초과이어야 하며, 그렇지 않으면 펌프가 정지될 것이다. 시동 후의 지정된 기간 초기에, 펌프를 통하는 유량(FT1)은 지정된 값 초과이어야 하며, 그렇지 않으면 펌프가 정지될 것이다.
- 최종 용기 레벨의 레벨이 최대 레벨을 충족시키거나/초과하는 경우, 펌프는 정지된다.
펌프 정지
- 펌프 정지 시에, 펌프를 턴 오프시킨다. 지정된 기간 후에, 트레일러 상의 LH2 밸브(19)를 폐쇄하고, 트레일러 상의 교차 밸브(15)를 개방한다.
호스 가열
- 최종 용기 상의 고온 가스 밸브, 트레일러 상의 교차 밸브, 및 최종 용기 상의 LH2 배출 밸브를 개방한다.
옵션 1: 지정된 시간 동안 예열(warm up)을 가능하게 한다. TT1이 타이머의 종료 시에 지정된 온도 초과인 경우, 다음 단계로 계속된다.
옵션 2: TT1이 지정된 온도 초과일 때까지 예열한다. (예열이 지정된 시간을 초과하는 경우 경고를 표시한다.) 다음 단계로 계속된다.
호스 배출
- 트레일러 상의 교차 밸브 및 최종 용기 상의 LH2 배출 밸브를 지정된 기간 동안 개방한다. PT2 및 PT3가 지정된 값 미만인 경우, 다음 단계로 계속된다.
특정 실시형태에서, 제어기(PLC)는 바람직하게는 이하의 포인트를 위해 최종 용기(12)와 통신할 것이다:
- 최종 용기 상의 고온 GH2 밸브(VG2)의 작동;
- 최종 용기 상의 GH2 밸브(17)의 작동;
- 최종 용기 상의 LH2 호스 배출 밸브(VL2)의 작동;
- 최종 용기가 가득 차서 펌프가 정지될 수 있는 시점을 트레일러가 인지하도록 하는 탱크 레벨;
- 현장에 의해 활성화되어 트레일러로 전송되는 비상 정지 조건; 및
- 트레일러에 의해 활성화되어 현장으로 전송되는 비상 정지.
트레일러(10)와 최종 용기(12) 간의 통신은, 공압 신호, 전자 신호(24 V 온/오프), 통신 프로토콜, 또는 다른 수단과 같은 다수의 방법을 통해 이루어질 수 있다.
자동 공급은, 에러를 유발할 수 있는 인적 요소를 제거함으로써, 호스에 대한 누출 점검을 수행함으로써, 그리고 공급 후에 호스를 가열함으로써, 공급의 안전성을 개선한다. 또한, 자동 공급은, 통상적인 공급 방법에서 전형적인 경험 법칙을 사용하는 대신에, 퍼지, 냉각 및 예열 단계를 위해 사용되는 수소의 양을 정확하게 제어함으로써 배출량을 최소화한다. 최종적으로, 자동 공급은, 제어기가 퍼지, 냉각 및 예열 단계를 자동으로 수행하기 때문에 공급 지속시간을 감소시킨다. 통상적인 공급 방법에 비해, 첨단 공급 방법은, 공급의 시작 시에 압력 증가를 위해 필요한 시간을 방지하고, 공급 후의 자연적인 열 누출에 의해 LH2 호스가 가열되기 위한 시간을 방지함으로써, 공급 지속시간을 감소시킨다. 추가적으로, 첨단 공급은, 통상적인 공급에 비해, 트레일러 내의 압력이 상당히 낮기 때문에, 공급 후에 트레일러에서 배출시킬 필요가 없을 것이다.
호스를 가열하는 것은, 호스가 연결 해제된 경우 호스 내에 LH2가 없도록 보장함으로써 공급의 안전성을 개선한다. 또한, 가열 단계는, 물과 같은 불순물이 저온 호스의 파상부(corrugation) 내에 응축되거나/응고될 가능성을 감소시킴으로써 품질 보증을 개선한다.
이의 내용이 본원에 참조로 포함되는 2021년 5월 17일자로 출원된 미국 특허출원 번호 제17/322,441호에 개시된 장치 및/또는 방법이 본 발명의 수행 시에 사용될 수 있다. 본 명세서에서 설명된 극저온 저장 용기 또는 트레일러는 '441 출원의 제1 탱크에 해당하고, 본 명세서에 설명된 극저온 저장 용기 또는 최종 용기는 '441 출원의 제2 탱크에 해당한다는 것을 당업자는 인식할 것이다.
트레일러 내의 열
첨단 공급 동안, 가스는 최종 용기로부터 트레일러로 유동한다. 먼저, 용기 간에 압력을 균등화하기 위해, 가스가 최종 용기로부터 트레일러로 유동한다. 펌프가 LH2를 이송하기 시작하면, 더 많은 가스가 최종 용기로부터 트레일러로 유동함으로써, LH2가 최종 용기 내로 유동함에 따라 배출되는 공간을 충전한다. 가스의 소스로서 최종 용기를 사용함으로써, 가스를 생성하여 트레일러 내의 특정 압력을 유지하기 위해 공급 동안 압력을 증가(열을 추가)시킬 필요가 없다. 최종 용기와 트레일러 간의 유체 연통은, 용기가 공급 전반에 걸쳐서 균등화되도록 보장한다.
증기의 물질 이동과 함께, 이러한 증기의 열 함량은 최종 용기로부터 트레일러 내로 이동한다. 최종 용기로부터 열이 제거되기 때문에, 공급 후의 최종 용기 내의 포화 압력은, 통상적인 공급망으로부터의 공급보다 훨씬 더 낮다. 최종 용기 내의 더 낮은 포화 압력/온도는, 트레일러의 증기 공간 내의 더 낮은 압력, 및 트레일러의 증기 공간 내의 더 적은 열 함량을 야기한다. 공급 후에 트레일러가 슬로싱되는 경우, 트레일러 내에 남아있는 LH2에 훨씬 더 적은 열이 추가된다.
도 14는 본 발명의 일 실시형태에 따라, 시간에 따른 LH2의 온도를 나타내는 그래프 표현을 제공한다.
첨단 공급에 따라, LH2의 온도는, 전형적인 용기(120 psig 작동 압력)로의 제1 공급 후에 2.3 K(16.2 psi 포화 압력)만큼 가열된다. 온도의 더 적은 증가에 따라, 첨단 공급은 더 저온 액체를 후속 공급에 이송할 수 있으며, 평균 공급 온도는 23.2 K이다(제1 공급의 경우 22.2 K이고, 제2 공급의 경우 24.2 K이다). 더 많은 공급이 이루어지는 경우, 통상적인 공급 방법에 비해, 더 저온 LH2의 효과가 더 현저하다.
공급 동안의 최종 용기 내의 열
공급 후의 최종 용기 내의 열의 양은, 최종 용기에 공급된 LH2의 열 함량, 및 공급 전의 최종 용기 내의 열의 양에 기초한다. 첨단 공급 공정 동안의 열 및 질량의 상호 작용은 이러한 섹션에서 추가로 분석될 것이다.
공급 전에, 최종 용기는, 작업 동안 최종 용기에 유입되는 많은 양의 열로 인해, 일반적으로 최대 작동 압력이거나 거의 최대 작동 압력에 있다. 트레일러가 도착하면, 트레일러는, 통상적인 공급에 의해 공급되는 LH2보다 더 저온 상태의 LH2를 가질 것이다. 또한, 첨단 공급 공정은, 공급의 종료 시에 최종 용기 내의 최저 열 함량을 보장할 것이다.
전형적으로, 드라이버는 최종 용기의 상부로부터 충전시킬 것이다. 액체가 최종 용기 내로 유동함에 따라, 이는 용기 내의 가스 수소와 혼합되고, 최종 용기의 내용물이 평형에 도달한다. 또한, 최종 용기의 상부로부터 트레일러로 다시 이송되는 가스는, 최종 용기 내용물과 평형을 이룬다. 트레일러가 최종 용기로부터의 증기 중 일부를 수용하였기 때문에, 최종 용기로부터 열이 제거되었으며, 이러한 증기로부터의 열은 최종 용기 내로 유입되는 저온 액체에 의해 흡수될 필요가 없다. 최종 용기 내의 최종 열 함량은 통상적인 공급보다 훨씬 더 낮다.
도 15는 본 발명의 일 실시형태에 따라, 최종 용기로 이송되는 열 및 질량의 시뮬레이션 결과를 제공한다. 저온 극저온 공급망은 모든 최종 용기가 낮은 열 함량을 달성하도록 보장한다. 개선된 조건으로 인해, 최종 용기는, 배출이 이루어지기 전에 상당히 더 많은 열을 흡수할 수 있다.
공급 후의 최종 용기 내의 열
이제 최종 용기 내의 열 함량이 낮으므로, 최종 용기는 배출이 이루어지기 전에 상당히 더 많은 열을 흡수할 수 있다. 추가적으로, 펌프의 액체는 기화되기 전에 더 많은 열을 흡수함으로써, 즉시 기화시켜서 증기를 용기로 다시 전송하는 대신에, 펌프의 배출에서 열이 거부될 수 있기 때문에, 펌프는 저온 액체를 통해 보다 적절히 수행된다. 낮은 초기 열 함량과 개선된 펌프 성능의 조합은, 현장에서 훨씬 더 적은 손실을 야기한다.
공급망
저온 극저온 공급망은 분자의 분배 및 공급을 개선하고, 최종 용기를 통하는 생성물의 수율을 개선한다. 이는 열 입력을 최소화하고 냉각을 보존하기 위한 고유한 시스템이다.
본 발명의 특정 실시형태에서, 트레일러 내에 있는 LH2의 대부분, 바람직하게는 전부가 최종 용기에 이송된다. LH2 분자가 최종 용기에 이송된 후에, 최종 용기는 이의 정상 작동을 통해 열을 추가한다. 트레일러가 다른 공급을 위해 복귀하는 경우, 최종 용기의 기상의 열 및 질량이 트레일러로 이송된다. 본 발명의 특정 실시형태로 인해, 훨씬 더 많은 수소가 트레일러로부터 최종 용기로 이송된다. 또한, 훨씬 더 많은 수소가 최종 용기로부터 최종 용도로 이송된다(분배된다). 전체적으로, 공급망에 유입되는 상당히 더 많은 수소가 분배될 수 있다.
저온 극저온 공급망의 냉각 보존
공급망은 분자 이송 뿐만 아니라 냉각을 위한 도관으로서 기능한다. 펌프에 의해 유효 열 입력만이 최종 용기 내에 추가된다. (이송 펌프 및 자연 열 누출과 같은 다른 입력은 매우 적다.) 최종 용기 내의 펌프로부터의 열 입력은 가스를 발생시킨다. 트레일러가 공급을 위해 도착하는 경우, 트레일러는 최종 용기로부터 가스 분자의 열 및 질량을 획득하여 이를 액화기로 다시 이송한다. 공급망의 냉각을 거의 고려하지 않고 주로 분자를 이송하도록 기능하는 통상적인 공급망 대신에, 열 입력을 방지하는 시스템을 구현함으로써, 공급망은, 열 소스인 최종 용기에 냉각을 이송하도록 기능한다.
극저온 액체의 저온을 보존하기 위해, 모든 설계 및 공정은 열을 추가하는 것을 방지한다. 압력 빌더에 의해 열이 추가되지 않는다. 불필요한 압력으로 펌핑함으로써(유체에 추가 작업을 추가함으로써), 열이 추가되지 않는다. 진공 절연으로 열 누출이 최소화된다. 최종 용기 내의 증기의 모든 열은, 일부 증기가 트레일러에 제공되기 때문에 유입 액체에 의해 흡수되지 않는다. 또한, 냉각 또는 퍼지를 위해 저온이 낭비되지 않는다. 저온 보존은, 더 많은 저온 생성물이 최종 용기로 공급될 수 있도록 한다. 모든 최종 용기는 저온 액체를 수용한다.
압력을 생성하기 위해 열을 추가하는 대신에, 본 발명의 특정 실시형태는, 압력의 균형을 유지하고 트레일러를 충전하기 위해 이미 공급망 내에 있는 열을 사용한다. 이에 따라, 추가적인 열이 추가되어 공급망 내의 손실을 유발하는 것을 방지한다.
저온 극저온 공급망의 이점은, 극저온 액체가 기화되기 전에 더 많은 열을 수용할 수 있기 때문에, 최종 용기에 공급되는 각각의 분자에 대한 더 많은 가치를 제공한다는 점이다. 또한, 저온 극저온 공급망은, 트레일러로부터 최종 용기로 분자를 이송하는 데 보다 효율적이다. 각각의 공급 시에 최소한의 열이 트레일러에 추가되기 때문에, 트레일러 내의 극저온 액체는 저온으로 유지되며, 최종 용기에 공급되는 모든 LH2는 저온이다. 최종 용기로부터의 열의 제거 및 저온 유입 액체로 인해, 최종 용기는 공급 후에 훨씬 더 저온이다.
선택적인 실시형태에서:
- 가스 라인 내에 체크 밸브를 추가하여, 증기만이 최종 용기로부터 트레일러로 유동할 수 있도록 한다. 체크 밸브는, 트레일러로부터 최종 용기로 가스가 역류하는 것을 방지한다.
- 최종 용기로부터 트레일러로 유동하는 증기에 대한 분석을 추가하여, 오염을 방지한다. 분석은, 불순물이 탐지되는 경우 활성화되는(예를 들어, 색상을 변경하는) 수동 소자만큼 간단할 수 있다.
본 발명의 특정 실시형태의 이점
당업자는 본 발명의 특정 실시형태가 다음과 같은 많은 뚜렷한 이점을 제공한다는 것을 용이하게 인식할 것이다:
최종 용기로부터의 극저온 가스를 사용하여, 탱커와 최종 용기 간의 초기 압력 불균형을 감소시키기 때문에, 최종 용기 및 탱커 내로의 열의 유입이 최소화된다. 펌프는 탱커와 최종 용기 간의 상당한 압력차를 극복할 필요가 없기 때문에, 펌프는 상당한 헤드에서 작동될 필요가 없으며, 이에 따라 결합 시스템에 열을 거의 추가하지 않는다. 실제로, 펌프는 작은 차압(예를 들어, 단지 수 bar 또는 1 내지 2 bar만큼 작음)만을 제공한다. 탱커 및 최종 용기 내로의 열의 유입이 최소화되기 때문에, 각각의 탱커 및 최종 용기 내의 증발 손실도 유사하게 최소화된다. 최종 용기 헤드스페이스 내의 극저온 가스는 수익성 용도로 활용되며, 배출되지 않는다.
극저온 액체 제조 설비의 탱커에 분배되는 주어진 양의 극저온 액체의 경우, 더 많은 극저온 액체가 최종 용기(또는 단일 탱커를 통한 다수의 공급의 경우, 다수의 최종 용기)에 이송된다. 이는 탱커로부터의 고품질의 저온 낮은-포화 압력 극저온 액체 중 어느 것도 퍼지 및 예비 냉각을 수행하기 위해 사용되지 않기 때문이다. 보다 중요하게는, 이러한 더 고품질의 극저온 액체 중 어느 것도 압력 증가 회로에서 소비되지 않는다.
본 발명의 수행에 따라, 최종 용기로부터 열을 제거하고, 이의 포화 온도를 감소시키기 때문에, 탱커에 의해 최종 용기로 공급되는 분자의 품질이 개선된다. 이는 배출되기 전에 또는 최종 용기와 결합된 펌프의 효율이 저하되기 전에, 더 낮은 포화 온도가 최종 용기 내에서 시간이 지남에 따라 극저온 액체의 가열에 대한 더 큰 완충을 가능하게 하기 때문에 중요하다. 대조적으로, 통상적인 기술에 따른 공급 동안, 최종 용기에 실제로 열이 추가된다.
제1 공급 및 충전 후에 탱커 내에 남아있는 분자의 품질이 개선된다. 압력 증가 회로를 사용하는 통상적인 기술에 비해, 본 발명의 수행 시에 탱커에 더 적은 열이 추가되기 때문에, 제1 공급 후에 탱커 내에 남아있는 극저온 액체의 온도 및 포화 온도는, 통상적인 기술에 따른 제1 공급 후에 탱커 내에 남아있는 동일한 극저온 액체에 비해 더 낮다. 이러한 효과는, 동일한 탱커가 다른 최종 용기를 후속적으로 충전하기 위해 사용되기 때문에 부가적이다. 따라서, 단일 탱커를 통한 다수의 공급이 보다 효율적이다.
본 발명의 수행 시에 달성되는 전체 충전 시간은, 통상적인 기술을 사용하는 최종 용기 충전에 비해 감소된다. 이는 본 발명이 압력 증가 회로를 사용하여 탱커 내의 압력을 증가시키기 위해 필요한 긴 시간 기간을 필요로 하지 않기 때문이다.
본 발명의 특정 실시형태는, 비교적 안정적인 펌핑 상태를 유지하는 동시에, 이송 유량의 가능한 증가를 가능하게 한다. 또한, 이송 유량은 기상 상태와 무관할 수 있다. 또한, 특정 실시형태는 극저온 구름 및 탱커 아래의 액체 산소의 응축을 실질적으로 감소시키거나 제거한다.
또한, 공급 조작자를 위한 절차가 간소화된다.
통상적인 기술에 비해, 탱커 및 최종 용기는 충전 동안 비교적 더 낮은 압력으로 있다. 이에 따라, 잠재적으로 기계적 크기 제약을 감소시킬 수 있다(중량, 재료, 냉각 시간 및 비용의 측면에서 절약함).
따라서, 더 이상 압력 증가 회로를 탱커에 구비할 필요가 없다.
액체 이송 라인 내의 극저온 액체 펌프의 전기 소비량은, 종래기술에 의해 사용된 가스 이송 라인 상에서 사용될 수 있는 가스 압축기의 전기 소비량보다 현저히 더 낮다. 이는 특히 압축기의 흡입구의 온도 및 압력이 극저온 액체 펌프의 흡입구의 온도 및 압력보다 훨씬 더 가변적이기 때문에 현저하다.
본 발명은 이의 구체적인 실시형태와 함께 설명되었지만, 전술한 설명을 고려하여, 많은 대안, 변경, 및 변화가 당업자에게 명백할 것임은 분명하다. 따라서, 첨부된 청구범위의 사상 및 넓은 범위 내에 속하는 바와 같은 이러한 모든 대안, 변경, 및 변화를 포함하는 것으로 의도된다. 본 발명은 개시된 요소를 적절하게 포함할 수 있거나, 개시된 요소로 구성되거나 본질적으로 구성될 수 있으며, 개시되지 않은 요소의 부재 시에 실시될 수 있다. 또한, 제1 및 제2와 같이 순서를 지칭하는 표현이 있는 경우, 이는 제한적인 의미가 아니라 예시적인 의미로 이해되어야 한다. 예를 들어, 특정 단계들이 단일 단계로 조합될 수 있음은 당업자에 의해 인식될 수 있다.
문맥상 명백하게 달리 지시하지 않는 한, 단수 형태 "일(a)", "하나(an)" 및 "상기(the)"는 복수의 참조물을 포함한다.
청구항에서 "포함하는"은 개방 전이 용어로서, 이는 후속적으로 식별된 청구항 요소가 비배타적인 목록(즉, 그 밖의 다른 것이 추가적으로 포함될 수 있으며, 여전히 "포함하는"의 범위 내에 있음)임을 의미한다. "포함하는"은, "본질적으로 구성되는" 및 "구성되는"이라는 보다 제한된 전이 용어를 반드시 포함하는 것으로 본원에서 정의된다; 따라서, "포함하는"은 "본질적으로 구성되는" 또는 "구성되는"으로 대체될 수 있으며, "포함하는"의 명시적으로 정의된 범위 내에 유지된다.
청구항에서 "제공하는"은 무언가를 제공하거나, 공급하거나, 이용 가능하게 하거나, 준비하는 것을 의미하는 것으로 한정된다. 단계는, 청구항에서 대조적인 표현 언어가 없는 경우에 임의의 행위자에 의해 수행될 수 있다.
선택적인 또는 선택적으로는, 후속적으로 설명되는 이벤트 또는 상황이 발생할 수 있거나 발생하지 않을 수 있음을 의미한다. 설명은 이벤트 또는 상황이 발생하는 경우 및 발생하지 않는 경우를 포함한다.
범위는 본원에서 약 하나의 특정 값으로부터, 및/또는 약 다른 특정 값으로 표현될 수 있다. 이러한 범위가 표현되는 경우, 다른 실시형태는, 상기 범위 내의 모든 조합과 함께, 하나의 특정 값으로부터 및/또는 다른 특정 값으로 이루어짐을 이해해야 한다.
본원에서 식별된 모든 참조물은, 각각이 인용되는 특정 정보에 대해서 뿐만 아니라 이들 전체에 있어서 본 출원 내에 참조로 이에 따라 각각 포함된다.
Claims (52)
- 극저온 액체 저장 탱크로부터의 극저온 액체로 설비에 설치된 극저온 액체 저장 용기를 충전하는 방법으로서,
상기 극저온 액체는 바람직하게는 액체 수소 또는 액체 헬륨이며, 보다 바람직하게는 액체 수소이고,
상기 방법은,
상기 극저온 액체 저장 탱크로부터 상기 극저온 액체 저장 용기로 액체 이송 도관을 연결하는 단계로서, 상기 액체 이송 도관은 직렬로 배치된 제1 극저온 액체 펌프를 갖고, 상기 연결된 액체 이송 도관은, 일정 양의 극저온 액체가 저장된 상기 극저온 액체 저장 탱크 내의 극저온 액체 공간과, 일정 양의 상기 극저온 액체가 저장된 상기 극저온 액체 저장 용기 내의 극저온 액체 공간 간에, 하나 이상의 밸브를 통해 선택 가능하게 유체 연통하며, 상기 액체 이송 도관을 연결하는 단계 전에, 상기 극저온 액체 저장 용기는, 상기 극저온 액체 저장 탱크의 초기 압력보다 더 높은 초기 압력을 갖는, 단계;
가스 이송 도관 내에 배치된 하나 이상의 밸브를 통해, 가스 형태의 일정 양의 상기 극저온 액체를 수용하는 상기 극저온 액체 저장 용기의 헤드스페이스와, 일정 양의 극저온 가스를 수용하는 상기 극저온 액체 저장 탱크의 헤드스페이스 간에 선택 가능하게 유체 연통하는, 상기 극저온 액체 저장 탱크와 상기 극저온 액체 저장 용기 사이의 상기 가스 이송 도관을 연결하는 단계;
상기 가스 이송 도관 내의 하나 이상의 상기 밸브를 개방함으로써, 상기 극저온 액체 저장 용기 및 상기 극저온 액체 저장 탱크 헤드스페이스를 압력 균등화하여, 이들의 초기 압력 간의 차이에 의해, 상기 극저온 액체 저장 용기 헤드스페이스로부터 상기 극저온 액체 저장 탱크 헤드스페이스로 상기 극저온 가스가 이송될 수 있도록 하는 단계;
상기 액체 이송 라인 내의 상기 하나 이상의 밸브를 개방하여, 상기 극저온 액체 저장 탱크 및 상기 극저온 액체 저장 용기의 상기 극저온 액체 공간 간에 유체 연통할 수 있도록 하는 단계; 및
상기 극저온 가스의 양이 상기 극저온 액체 저장 용기 헤드스페이스로부터 펌핑에 의해 유발된 상기 극저온 액체 저장 탱크 헤드스페이스로 유동함에 따라, 상기 액체 이송 라인 및 제1 펌프를 통해, 상기 극저온 액체 저장 탱크의 상기 극저온 액체 공간으로부터 상기 극저온 액체 저장 용기의 상기 극저온 액체 공간으로 일정 양의 상기 극저온 액체를 펌핑하는 단계로서, 선택적으로, 상기 펌핑하는 단계는, 상기 펌핑을 개시하기 전에, 상기 탱크 헤드스페이스와 상기 용기 헤드스페이스 간의 압력의 차이가 0 또는 1 bar 미만의 미리 결정된 압력에 도달하는 경우 개시되는, 단계를 포함하는,
극저온 액체 저장 탱크로부터의 극저온 액체로 설비에 설치된 극저온 액체 저장 용기를 충전하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 압력 균등화는 압축기 또는 진공 펌프의 사용 없이 수행되는, 방법. - 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 극저온 액체는, 압력 증가 회로의 사용 없이, 상기 극저온 액체 저장 탱크의 상기 극저온 액체 공간으로부터 상기 극저온 액체 저장 용기의 상기 극저온 액체 공간으로 이송되는, 방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압력 균등화 전에, 상기 극저온 액체 저장 용기 헤드스페이스로부터의 극저온 가스의 양으로 상기 가스 이송 도관 및/또는 상기 액체 이송 도관을 퍼지하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압력 균등화 전에 그리고 선택적으로 상기 가스 및 액체 이송 도관의 임의의 퍼지 후에, 상기 극저온 액체 저장 용기 헤드스페이스로부터의 극저온 가스의 양으로 상기 가스 이송 도관 및/또는 상기 액체 이송 도관을 예비 냉각시키는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압력 균등화 전에 그리고 선택적으로 상기 가스 및 액체 이송 도관의 임의의 예비 냉각 후에, 상기 극저온 액체 저장 탱크의 상기 극저온 액체 공간으로부터의 극저온 액체의 양으로 상기 가스 이송 도관 및/또는 상기 액체 이송 도관을 냉각시키는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 펌프는, 상기 극저온 액체 저장 탱크로부터의 상기 극저온 액체를 상기 용기의 압력 초과의 미리 결정된 값인 압력으로 압축시키는, 방법. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 미리 결정된 값은 3 bar 미만, 바람직하게는 2 bar 미만, 보다 바람직하게는 1 bar 이하인, 방법. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 펌프는 원심 펌프인, 방법. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
제2 극저온 액체 펌프가 상기 용기와 작동 가능하게 결합되며,
상기 제2 펌프 및 상기 용기는, 상기 제2 펌프가 상기 용기의 상기 극저온 액체 공간으로부터 상기 설비의 사용 지점으로 상기 극저온 액체의 양을 펌핑할 수 있게 하도록 적응 및 구성되는, 방법. - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 이송 도관, 상기 액체 이송 도관, 및 상기 제1 펌프 중 하나 이상은 진공 재킷형인, 방법. - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 펌프를 구동하도록 적응 및 구성되는, 상기 제1 펌프와 작동 가능하게 결합된 구동 장치는 진공 재킷형이거나, 상기 제1 펌프의 진공 재킷팅으로부터 외부에 위치되는, 방법. - 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 이송 도관의 상기 하나 이상의 밸브는, 상기 극저온 액체 저장 탱크에 인접한 제1 밸브, 및 상기 용기에 인접한 제2 밸브를 포함하며,
상기 액체 이송 도관의 상기 하나 이상의 밸브는, 상기 극저온 액체 저장 탱크에 인접한 제1 밸브, 및 상기 용기에 인접한 제2 밸브를 포함하고,
상기 방법은,
상기 제1 펌프의 작동을 정지시키는 단계;
상기 가스 이송 도관의 상기 제1 및 제2 밸브를 폐쇄하는 단계;
상기 액체 이송 도관의 상기 제1 및 제2 밸브를 폐쇄하는 단계;
이의 상기 제1 및 제2 밸브 사이의 상기 가스 이송 도관의 부분이 주변에 의해 가열되도록, 그리고 이의 상기 제1 및 제2 밸브 사이의 상기 액체 이송 도관의 부분이 주변에 의해 가열되도록, 선택적으로 미리 결정된 시간을 대기하는 단계; 및
상기 대기하는 단계 후에, 이의 상기 제1 및 제2 밸브 사이의 상기 가스 이송 도관의 상기 부분, 및 이의 상기 제1 및 제2 밸브 사이의 상기 액체 이송 도관의 상기 부분을 배출시키는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 펌핑하는 단계 전에, 상기 용기의 상기 극저온 액체 공간 내의 상기 극저온 액체는, 상기 극저온 액체 저장 탱크의 상기 극저온 액체 공간 내의 상기 극저온 액체의 초기 온도보다 더 높은 초기 온도를 갖는, 방법. - 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 펌핑하는 단계 전에, 상기 용기의 상기 극저온 액체 공간 내의 상기 극저온 액체는 초기 포화 온도를 가지며;
상기 방법의 수행 후에, 상기 용기의 상기 극저온 액체 공간 내의 상기 극저온 액체는, 상기 초기 포화 온도보다 더 낮은 포화 온도를 갖는, 방법. - 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법의 수행에 의해 상기 용기로부터 열이 제거되는, 방법. - 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
결합 시스템은, 상기 가스 및 액체 이송 도관에 의해 연결된 용기 및 상기 극저온 액체 저장 탱크로 구성되며,
주변으로부터의 열 누출, 및 상기 펌프의 작동으로부터의 열의 추가를 통해서 외에, 상기 결합 시스템에 열이 추가되지 않는, 방법. - 상이한 설비에 설치된 다수의 극저온 저장 용기에 극저온 액체를 공급하는 방법으로서,
상기 극저온 액체는 바람직하게는 액체 수소 또는 액체 헬륨이며, 보다 바람직하게는 액체 수소이고,
a) 극저온 액체 탱커의 극저온 액체 저장 탱크로부터 제1 설비에 설치된 제1 극저온 액체 저장 용기로 액체 이송 도관을 연결하는 단계로서, 상기 액체 이송 도관은 직렬로 배치된 제1 극저온 액체 펌프를 갖고, 상기 연결된 액체 이송 도관은, 일정 양의 극저온 액체가 저장된 상기 극저온 액체 저장 탱크 내의 극저온 액체 공간과, 일정 양의 상기 극저온 액체가 저장된 상기 제1 용기 내의 극저온 액체 공간 간에, 하나 이상의 밸브를 통해 선택 가능하게 유체 연통하며, 상기 액체 이송 도관을 연결하는 단계 전에, 상기 제1 용기는, 상기 탱커와 상기 제1 용기 사이의 상기 액체 이송 도관의 상기 연결 전의 상기 극저온 액체 저장 탱크의 초기 압력보다 더 높은 초기 압력을 갖는, 단계;
b) 가스 이송 도관 내에 배치된 하나 이상의 밸브를 통해, 가스 형태의 일정 양의 상기 극저온 액체를 수용하는 상기 제1 용기의 헤드스페이스와, 일정 양의 극저온 가스를 수용하는 상기 극저온 액체 저장 탱크의 헤드스페이스 간에, 선택 가능하게 유체 연통하는, 상기 극저온 액체 저장 탱크와 상기 제1 용기 사이의 상기 가스 이송 도관을 연결하는 단계;
c) 상기 가스 이송 도관 내의 하나 이상의 상기 밸브를 개방함으로써, 상기 극저온 액체 저장 탱크 헤드스페이스 및 상기 제1 용기의 상기 헤드스페이스를 압력 균등화하여, 이들의 초기 압력 간의 차이에 의해, 상기 제1 용기의 상기 헤드스페이스로부터 상기 극저온 액체 저장 탱크 헤드스페이스로 상기 극저온 가스가 이송될 수 있도록 하는 단계;
d) 상기 액체 이송 라인 내의 상기 하나 이상의 밸브를 개방하여, 상기 극저온 액체 저장 탱크의 상기 극저온 액체 공간과 상기 제1 용기의 상기 극저온 액체 공간 간에 유체 연통할 수 있도록 하는 단계;
e) 상기 극저온 가스의 양이 상기 제1 용기의 상기 헤드스페이스로부터 펌핑에 의해 유발된 상기 극저온 액체 저장 탱크 헤드스페이스로 유동함에 따라, 상기 액체 이송 라인 및 제1 펌프를 통해, 상기 극저온 액체 저장 탱크의 상기 극저온 액체 공간으로부터 상기 제1 용기의 상기 극저온 액체 공간으로 일정 양의 상기 극저온 액체를 펌핑하는 단계로서, 상기 극저온 액체 저장 탱크는 상기 펌핑하는 단계의 완료 후에 중간 압력을 갖는, 단계;
f) 상기 극저온 액체 저장 탱크와 상기 제1 용기 사이의 상기 가스 및 액체 이송 도관을 연결 해제하는 단계;
g) 상기 극저온 액체 저장 탱크와 상기 제1 용기 사이의 상기 가스 및 액체 이송 도관의 연결 해제 후에, 상기 제1 설비로부터 제2 극저온 액체 저장 용기가 설치된 제2 설비로 상기 극저온 액체 탱커를 주행하는 단계;
h) 상기 주행하는 단계 후에, 상기 제1 극저온 액체 저장 탱크로부터 상기 제2 극저온 액체 저장 용기로 액체 이송 도관을 연결하는 단계로서, 상기 액체 이송 도관은 직렬로 배치된 제1 극저온 액체 펌프를 갖고, 상기 연결된 액체 이송 도관은, 일정 양의 극저온 액체가 저장된 상기 극저온 액체 저장 탱크 내의 극저온 액체 공간과, 일정 양의 상기 극저온 액체가 저장된 상기 제2 용기 내의 극저온 액체 공간 간에, 하나 이상의 밸브를 통해 선택 가능하게 유체 연통하며, 상기 주행하는 단계 후에 그리고 상기 극저온 액체 저장 탱크와 상기 제1 용기 사이의 상기 액체 이송 도관의 연결 전에, 상기 제2 용기는 상기 중간 압력보다 더 높은 초기 압력을 갖는, 단계;
i) 가스 이송 도관 내에 배치된 하나 이상의 밸브를 통해, 가스 형태의 일정 양의 상기 극저온 액체를 수용하는 상기 제2 용기의 헤드스페이스와, 일정 양의 극저온 가스를 수용하는 상기 극저온 액체 저장 탱크의 헤드스페이스 간에, 선택 가능하게 유체 연통하는, 상기 극저온 액체 저장 탱크와 상기 제2 용기 사이의 상기 가스 이송 도관을 연결하는 단계;
j) 상기 가스 이송 도관 내의 하나 이상의 상기 밸브를 개방함으로써, 상기 극저온 액체 저장 탱크 헤드스페이스 및 상기 제2 용기의 상기 헤드스페이스를 압력 균등화하여, 상기 중간 압력과 상기 제2 용기의 상기 초기 압력 간의 차이에 의해, 상기 제2 용기의 상기 헤드스페이스로부터 상기 극저온 액체 저장 탱크 헤드스페이스로 상기 극저온 가스가 이송될 수 있도록 하는 단계;
k) 상기 액체 이송 라인 내의 상기 하나 이상의 밸브를 개방하여, 상기 극저온 액체 저장 탱크의 상기 극저온 액체 공간과 상기 제2 용기의 상기 극저온 액체 공간 간에 유체 연통할 수 있도록 하는 단계; 및
l) 상기 극저온 가스의 양이 상기 제2 용기의 상기 헤드스페이스로부터 펌핑에 의해 유발된 상기 극저온 액체 저장 탱크 헤드스페이스로 유동함에 따라, 상기 액체 이송 라인 및 제1 펌프를 통해, 상기 극저온 액체 저장 탱크의 상기 극저온 액체 공간으로부터 상기 제2 용기의 상기 극저온 액체 공간으로 일정 양의 상기 극저온 액체를 펌핑하는 단계를 포함하는,
상이한 설비에 설치된 다수의 극저온 저장 용기에 극저온 액체를 공급하는 방법. - 제18항에 있어서,
상기 극저온 액체 저장 탱크의 상기 헤드스페이스와 상기 제1 용기의 상기 헤드스페이스 간의 그리고 상기 극저온 액체 저장 탱크의 상기 헤드스페이스와 상기 제2 용기의 상기 헤드스페이스 간의 상기 압력 균등화는, 압축기 또는 진공 펌프의 사용 없이 수행되는, 방법. - 제18항 또는 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 극저온 액체는, 압력 증가 회로의 사용 없이, 상기 극저온 액체 저장 탱크의 상기 극저온 액체 공간으로부터 상기 제1 용기의 상기 극저온 액체 공간으로 그리고 상기 극저온 액체 저장 탱크의 상기 극저온 액체 공간으로부터 상기 제2 용기의 상기 극저온 액체 공간으로 이송되는, 방법. - 제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 극저온 액체 저장 탱크와 상기 제1 용기 간의 압력 균등화 전에, 상기 제1 용기의 상기 헤드스페이스로부터의 극저온 가스의 양으로 상기 가스 이송 도관 및/또는 상기 액체 이송 도관을 퍼지하는 단계; 및/또는
상기 극저온 액체 저장 탱크와 상기 제2 용기 간의 압력 균등화 전에, 상기 제2 용기의 상기 헤드스페이스로부터의 극저온 가스의 양으로 상기 가스 이송 도관 및/또는 상기 액체 이송 도관을 퍼지하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제18항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 극저온 액체 저장 탱크와 상기 제1 용기 간의 압력 균등화 전에, 그리고 선택적으로 상기 극저온 액체 저장 탱크와 상기 제1 용기 사이의 상기 가스 및 액체 이송 도관의 임의의 퍼지 후에, 상기 제1 용기의 상기 헤드스페이스로부터의 극저온 가스의 양으로 상기 가스 이송 도관 및/또는 상기 액체 이송 도관을 예비 냉각시키는 단계; 및/또는
상기 극저온 액체 저장 탱크와 상기 제2 용기 간의 압력 균등화 전에, 그리고 선택적으로 상기 극저온 액체 저장 탱크와 상기 제2 용기 사이의 상기 가스 및 액체 이송 도관의 임의의 퍼지 후에, 상기 제2 용기의 상기 헤드스페이스로부터의 극저온 가스의 양으로 상기 가스 이송 도관 및/또는 상기 액체 이송 도관을 예비 냉각시키는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제18항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 극저온 액체 저장 탱크와 상기 제1 용기 간의 압력 균등화 전에, 그리고 선택적으로 상기 극저온 액체 저장 탱크와 상기 제1 용기 사이의 상기 가스 및 액체 이송 도관의 임의의 예비 냉각 후에, 상기 극저온 액체 저장 탱크의 상기 극저온 액체 공간으로부터의 극저온 액체의 양으로 상기 가스 이송 도관 및/또는 상기 액체 이송 도관을 냉각시키는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제18항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 펌프는, 상기 극저온 액체 저장 탱크로부터의 상기 극저온 액체를 상기 제1 용기의 압력 초과의 미리 결정된 값인 압력으로 압축시키며,
바람직하게는 상기 미리 결정된 값은 3 bar 미만, 보다 바람직하게는 2 bar 미만, 그리고 보다 더 바람직하게는 1 bar 이하인, 방법. - 제18항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 펌프는, 상기 극저온 액체 저장 탱크로부터의 상기 극저온 액체를 상기 제2 용기의 압력 초과의 미리 결정된 값인 압력으로 압축시키며,
바람직하게는 상기 미리 결정된 값은 3 bar 미만, 보다 바람직하게는 2 bar 미만, 그리고 보다 더 바람직하게는 1 bar 이하인, 방법. - 제18항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 펌프는 원심 펌프인, 방법. - 제18항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
제2 극저온 액체 펌프가 상기 제1 용기와 작동 가능하게 결합되며,
상기 제2 펌프 및 상기 제1 용기는, 상기 제2 펌프가 상기 제1 용기의 상기 극저온 액체 공간으로부터 상기 제1 설비의 사용 지점으로 상기 극저온 액체의 양을 펌핑할 수 있게 하도록 적응 및 구성되는, 방법. - 제18항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
제3 극저온 액체 펌프가 상기 제2 용기와 작동 가능하게 결합되며,
상기 제3 펌프 및 상기 제2 용기는, 상기 제3 펌프가 상기 제2 용기의 상기 극저온 액체 공간으로부터 상기 제2 설비의 사용 지점으로 상기 극저온 액체의 양을 펌핑할 수 있게 하도록 적응 및 구성되는, 방법. - 제18항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 이송 도관, 상기 액체 이송 도관, 상기 제1 펌프, 및 상기 제2 펌프 중 하나 이상은 진공 재킷형인, 방법. - 제18항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 펌프를 구동하도록 적응 및 구성되는, 상기 제1 펌프와 작동 가능하게 결합된 구동 장치는 진공 재킷형이거나, 상기 제1 펌프의 진공 재킷팅으로부터 외부에 위치되는, 방법. - 제18항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 이송 도관의 상기 하나 이상의 밸브는, 상기 극저온 액체 저장 탱크에 인접한 제1 밸브, 및 상기 제1 용기에 인접한 제2 밸브를 포함하며,
상기 액체 이송 도관의 상기 하나 이상의 밸브는, 상기 극저온 액체 저장 탱크에 인접한 제1 밸브, 및 상기 제1 용기에 인접한 제2 밸브를 포함하고,
상기 방법은,
상기 제1 펌프의 작동을 정지시키는 단계;
상기 가스 이송 도관의 상기 제1 및 제2 밸브를 폐쇄하는 단계;
상기 액체 이송 도관의 상기 제1 및 제2 밸브를 폐쇄하는 단계;
이의 상기 제1 및 제2 밸브 사이의 상기 가스 이송 도관의 부분이 주변에 의해 가열되도록, 그리고 이의 상기 제1 및 제2 밸브 사이의 상기 액체 이송 도관의 부분이 주변에 의해 가열되도록, 선택적으로 미리 결정된 시간을 대기하는 단계; 및
상기 대기하는 단계 후에, 이의 상기 제1 및 제2 밸브 사이의 상기 가스 이송 도관의 상기 부분, 및 이의 상기 제1 및 제2 밸브 사이의 상기 액체 이송 도관의 상기 부분을 배출시키는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제18항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 이송 도관의 상기 하나 이상의 밸브는, 상기 극저온 액체 저장 탱크에 인접한 제1 밸브, 및 상기 제2 용기에 인접한 제2 밸브를 포함하며,
상기 액체 이송 도관의 상기 하나 이상의 밸브는, 상기 극저온 액체 저장 탱크에 인접한 제1 밸브, 및 상기 제2 용기에 인접한 제2 밸브를 포함하고,
상기 방법은,
상기 제1 펌프의 작동을 정지시키는 단계;
상기 가스 이송 도관의 상기 제1 및 제2 밸브를 폐쇄하는 단계;
상기 액체 이송 도관의 상기 제1 및 제2 밸브를 폐쇄하는 단계;
이의 상기 제1 및 제2 밸브 사이의 상기 가스 이송 도관의 부분이 주변에 의해 가열되도록, 그리고 이의 상기 제1 및 제2 밸브 사이의 상기 액체 이송 도관의 부분이 주변에 의해 가열되도록, 선택적으로 미리 결정된 시간을 대기하는 단계; 및
상기 대기하는 단계 후에, 이의 상기 제1 및 제2 밸브 사이의 상기 가스 이송 도관의 상기 부분, 및 이의 상기 제1 및 제2 밸브 사이의 상기 액체 이송 도관의 상기 부분을 배출시키는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제18항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단계 (e) 전에, 상기 제1 용기의 상기 극저온 액체 공간 내의 상기 극저온 액체는, 단계 (a) 동안 상기 극저온 액체 저장 탱크의 상기 극저온 액체 공간 내의 상기 극저온 액체의 초기 온도보다 더 높은 초기 온도를 갖는, 방법. - 제18항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단계 (l) 전에, 상기 제2 용기의 상기 극저온 액체 공간 내의 상기 극저온 액체는, 단계 (h) 동안 상기 극저온 액체 저장 탱크의 상기 극저온 액체 공간 내의 상기 극저온 액체의 초기 온도보다 더 높은 초기 온도를 갖는, 방법. - 제18항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단계 (a) 전에, 상기 제1 용기의 상기 극저온 액체 공간 내의 상기 극저온 액체는 초기 포화 온도를 가지며;
상기 단계 (e)의 수행 후에, 상기 제1 용기의 상기 극저온 액체 공간 내의 상기 극저온 액체는, 상기 초기 포화 온도보다 더 낮은 포화 온도를 갖는, 방법. - 제18항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단계 (h) 전에, 상기 제2 용기의 상기 극저온 액체 공간 내의 상기 극저온 액체는 초기 포화 온도를 가지며;
상기 단계 (l)의 수행 후에, 상기 제2 용기의 상기 극저온 액체 공간 내의 상기 극저온 액체는, 상기 초기 포화 온도보다 더 낮은 포화 온도를 갖는, 방법. - 제18항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법의 수행에 의해 상기 제1 및 제2 용기로부터 열이 제거되는, 방법. - 제18항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
결합 시스템은, 상기 가스 및 액체 이송 도관에 의해 연결된 상기 제1 용기 및 상기 극저온 액체 저장 탱크로 구성되며,
주변으로부터의 열 누출, 및 상기 펌프의 작동으로부터의 열의 추가를 통해서 외에, 상기 결합 시스템에 열이 추가되지 않는, 방법. - 제18항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,
결합 시스템은, 상기 가스 및 액체 이송 도관에 의해 연결된 상기 제2 용기 및 상기 극저온 액체 저장 탱크로 구성되며,
주변으로부터의 열 누출, 및 상기 펌프의 작동으로부터의 열의 추가를 통해서 외에, 상기 결합 시스템에 열이 추가되지 않는, 방법. - 극저온 액체로 극저온 저장 용기를 충전하기 위한 시스템으로서,
상기 시스템은,
상기 극저온 액체를 저장하도록 적응 및 구성되는 극저온 액체 저장 탱크를 갖는 극저온 액체 탱커로서, 상기 극저온 액체는 수소 및 헬륨으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 극저온 액체 탱커;
가스 이송 도관으로서,
상기 가스 이송 도관은,
제1 및 제2 단부,
이의 상기 제1 단부에 인접한 제1 밸브, 및
이의 상기 제2 단부에 인접한 제2 밸브를 가지며,
상기 가스 이송 도관의 상기 제1 및 제2 밸브는, 충전될 액체 저장 용기의 헤드스페이스로부터 상기 극저온 액체 저장 탱크의 헤드스페이스로의 극저온 가스의 이송을 가능하게 하거나 방지하도록 적응 및 구성되는, 가스 이송 도관;
액체 이송 도관으로서,
상기 액체 이송 도관은,
제1 및 제2 단부,
이의 상기 제1 단부에 인접한 제1 밸브,
이의 상기 제2 단부에 인접한 제2 밸브, 및
상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브 사이에 배치된 극저온 액체 펌프를 가지며,
상기 액체 이송 도관의 상기 제1 및 제2 밸브는, 상기 극저온 액체 저장 탱크의 극저온 액체 저장 공간으로부터 충전될 용기의 극저온 액체 저장 공간으로의 극저온 액체의 이송을 가능하게 하거나 방지하도록 적응 및 구성되는, 액체 이송 도관; 및
전자 제어기를 포함하며,
상기 전자 제어기는,
상기 액체 이송 도관의 상기 제1 및 제2 밸브가 폐쇄되는 동안 상기 가스 이송 도관의 상기 제1 및 제2 밸브를 개방하여, 충전될 용기의 헤드스페이스로부터 상기 극저온 액체 저장 탱크의 상기 헤드스페이스로의 극저온 가스의 유동을 가능하게 하고;
상기 액체 이송 도관의 상기 제1 및 제2 밸브를 개방하고, 상기 가스 이송 도관의 상기 제1 및 제2 밸브가 개방된 상태로 유지될 수 있도록 하며, 상기 극저온 액체 저장 탱크의 상기 극저온 액체 공간으로부터 충전될 용기의 극저온 액체 공간으로 극저온 액체의 양을 펌핑하도록 상기 펌프를 작동시켜서, 충전될 상기 용기의 헤드스페이스로부터 상기 극저온 액체 저장 탱크의 상기 헤드스페이스로 극저온 가스가 유동할 수 있게 하도록 적응 및 구성되는,
극저온 액체로 극저온 저장 용기를 충전하기 위한 시스템. - 제40항에 있어서,
이의 상기 제1 및 제2 단부와 평행 유동 연통하는 상기 가스 이송 도관 내에 배치된 배출 라인, 및 이의 상기 제1 및 제2 밸브와 평행 유동 연통하는 상기 액체 이송 도관 내에 배치된 배출 라인을 더 포함하며,
상기 가스 이송 도관은, 이의 상기 배출 라인으로부터 유체가 배출되는 것을 가능하게 하거나 방지하도록 구성되는 제3 밸브를 더 포함하고,
상기 액체 이송 도관은, 이의 상기 배출 라인으로부터 유체가 배출되는 것을 가능하게 하거나 방지하도록 구성되는 제3 밸브를 더 포함하며,
상기 전자 제어기는, 상기 제1 밸브를 개방하도록 추가로 적응 및 구성되는, 충전 시스템. - 극저온 액체로 극저온 저장 용기를 충전하기 위한 결합 시스템으로서,
상기 결합 시스템은,
극저온 액체, 바람직하게는 액체 수소 또는 액체 헬륨, 보다 바람직하게는 액체 수소를 저장하도록 적응 및 구성된 극저온 액체 공간, 및 극저온 가스를 수용하는 이의 상기 극저온 액체 공간 위의 헤드스페이스를 갖는 극저온 액체 저장 탱크를 갖는 극저온 액체 탱커;
극저온 액체, 바람직하게는 액체 수소 또는 액체 헬륨, 보다 바람직하게는 액체 수소를 저장하도록 적응 및 구성된 극저온 액체 공간, 및 극저온 가스를 수용하는 이의 상기 극저온 액체 공간 위의 헤드스페이스를 포함하는 극저온 저장 용기;
제1 및 제2 단부, 이의 상기 제1 단부에 인접한 제1 밸브, 및 이의 상기 제2 단부에 인접한 제2 밸브를 갖는 가스 이송 도관으로서, 이의 상기 제1 단부는, 상기 극저온 액체 저장 탱크 헤드스페이스와 유체 연통하도록 선택 가능하게 배치되도록, 유체 기밀 방식으로 상기 극저온 액체 저장 탱크에 연결되고, 이의 상기 제2 단부는, 상기 용기 헤드스페이스와 유체 연통하도록 선택 가능하게 배치되도록, 유체 기밀 방식으로 상기 용기에 연결되며, 상기 가스 이송 도관의 상기 제1 및 제2 밸브는, 상기 용기 헤드스페이스로부터 상기 극저온 액체 저장 탱크 헤드스페이스로의 극저온 가스의 이송을 가능하게 하거나 방지하도록 적응 및 구성되는, 가스 이송 도관;
제1 및 제2 단부, 이의 상기 제1 단부에 인접한 제1 밸브, 이의 상기 제2 단부에 인접한 제2 밸브, 및 이들 사이의 극저온 액체 펌프를 갖는 액체 이송 도관으로서, 이의 상기 제1 단부는, 상기 극저온 액체 저장 탱크의 상기 극저온 액체 공간과 유체 연통하도록 선택 가능하게 배치되도록, 유체 기밀 방식으로 상기 극저온 액체 저장 탱크에 연결되고, 이의 상기 제2 단부는, 상기 용기의 상기 극저온 액체 공간과 유체 연통하도록 선택 가능하게 배치되도록, 유체 기밀 방식으로 상기 용기에 연결되며, 상기 액체 이송 도관의 상기 제1 및 제2 밸브는, 상기 극저온 액체 저장 탱크의 상기 극저온 액체 저장 공간으로부터 상기 용기의 상기 극저온 액체 저장 공간으로의 극저온 액체의 이송을 가능하게 하거나 방지하도록 적응 및 구성되는, 액체 이송 도관; 및
전자 제어기를 포함하며,
상기 전자 제어기는,
상기 액체 이송 도관의 상기 제1 및 제2 밸브가 폐쇄되는 동안 상기 가스 이송 도관의 상기 제1 및 제2 밸브를 개방하여, 상기 용기 헤드스페이스로부터 상기 극저온 액체 저장 탱크 헤드스페이스로의 극저온 가스의 유동을 가능하게 하고;
상기 액체 이송 도관의 상기 제1 및 제2 밸브를 개방하고, 상기 가스 이송 도관의 상기 제1 및 제2 밸브가 개방된 상태로 유지될 수 있도록 하며, 상기 극저온 액체 저장 탱크의 상기 극저온 액체 공간으로부터 상기 용기의 상기 극저온 액체 공간으로 극저온 액체의 양을 펌핑하도록 상기 펌프를 작동시켜서, 상기 용기 헤드스페이스로부터 상기 극저온 액체 저장 탱크 헤드스페이스로 극저온 가스가 유동할 수 있게 하도록 적응 및 구성되는,
극저온 액체로 극저온 저장 용기를 충전하기 위한 결합 시스템. - 제42항 중 어느 한 항에 있어서,
이의 상기 제1 및 제2 단부와 평행 유동 연통하는 상기 가스 이송 도관 내에 배치된 배출 라인, 및 이의 상기 제1 및 제2 밸브와 평행 유동 연통하는 상기 액체 이송 도관 내에 배치된 배출 라인을 더 포함하며,
상기 가스 이송 도관은, 이의 상기 배출 라인으로부터 유체가 배출되는 것을 가능하게 하거나 방지하도록 구성되는 제3 밸브를 더 포함하고,
상기 액체 이송 도관은, 이의 상기 배출 라인으로부터 유체가 배출되는 것을 가능하게 하거나 방지하도록 구성되는 제3 밸브를 더 포함하며,
상기 전자 제어기는, 상기 제1 밸브를 개방하도록 추가로 적응 및 구성되는, 충전 시스템. - 극저온 유체 이송 장치로서,
상기 극저온 유체 이송 장치는, 제1 탱크, 제2 탱크, 및 유체 이송 회로를 포함하며,
상기 제1 탱크는, 이의 하부 부분에서 액상으로 그리고 이의 상부 부분에서 기상으로 극저온 유체를 저장하도록 구성된 극저온 유체 분배 탱크를 포함하고,
상기 제2 탱크는, 이의 하부 부분에서 액상으로 그리고 이의 상부 부분에서 기상으로 상기 극저온 유체를 수용하도록 구성된 극저온 수용 탱크를 포함하며,
상기 유체 이송 회로는 상기 제1 및 제2 탱크를 연결하도록 구성되고,
상기 유체 이송 회로는, 상기 제1 및 제2 탱크의 상기 상부 부분을 연결하고 적어도 하나의 밸브를 포함하는 제1 파이프, 및 상기 제1 탱크에 연결된 흡입구 및 상기 제2 탱크에 연결된 배출구를 갖는 펌프를 포함하는, 상기 제2 탱크에 상기 제1 탱크의 상기 하부 부분을 연결하는 제2 파이프를 포함하며,
상기 제1 라인의 상기 적어도 하나의 밸브 및 상기 펌프는, 상기 펌프를 통한 상기 제1 탱크로부터 상기 제2 탱크로의 액상의 상기 극저온 유체의 이송 동안 상기 적어도 하나의 밸브를 개방함으로써, 상기 제1 및 제2 탱크의 상기 상부 부분의 유체 연결을 보장하도록 구성되는,
극저온 유체 이송 장치. - 제44항에 있어서,
상기 제2 탱크의 상기 상부 부분을 상기 제1 탱크의 상기 하부 부분에 연결하는 제3 파이프를 더 포함하며,
상기 제3 파이프는 밸브를 포함하는, 극저온 유체 이송 장치. - 극저온 유체를 이송하기 위한 장치를 사용하여 극저온 유체를 이송하기 위한 방법으로서,
상기 장치는,
극저온 유체를 분배하고, 초기 압력으로, 그 내부의 하부 부분에서 액상으로 그리고 그 내부의 상부 부분에서 기상으로 극저온 유체를 저장하도록 구성된 제1 탱크;
제2 초기 압력으로, 그 내부의 하부 부분에서 액상으로 그리고 그 내부의 상부 부분에서 기상으로 상기 제1 탱크로부터의 상기 극저온 유체를 수용하도록 구성된 제2 극저온 탱크; 및
상기 제1 및 상기 제2 탱크를 연결하는 유체 이송 회로를 포함하며,
상기 유체 이송 회로는, 상기 제1 및 제2 탱크의 상기 상부 부분을 연결하고 적어도 하나의 밸브를 포함하는 제1 파이프, 및 상기 제1 탱크의 상기 하부 부분을 상기 제2 탱크에 연결하고, 상기 제1 탱크로부터 상기 제2 탱크로의 상기 극저온 유체의 액체 흐름의 이송을 차단하거나 승인하기 위한 하나 이상의 밸브의 세트를 포함하는, 제2 파이프를 포함하고, 상기 제1 탱크에 연결된 흡입구 및 상기 제2 탱크에 연결된 배출구를 포함하는 펌프를 더 포함하며,
상기 제1 파이프의 상기 적어도 하나의 밸브 및 상기 펌프는, 상기 펌프를 통한 상기 제1 탱크로부터 상기 제2 탱크로의 액체의 이송 동안 상기 적어도 하나의 밸브를 개방함으로써 유체 연통하도록 상기 제1 및 제2 탱크의 상기 상부 부분을 배치하도록 구성되고,
상기 방법은, 상기 제1 탱크와 상기 제2 극저온 탱크 간의 극저온 유체의 이송을 보장하며,
상기 방법은,
상기 제1 파이프의 상기 적어도 하나의 밸브가 폐쇄되면서 상기 제2 파이프의 상기 밸브의 세트가 초기에 폐쇄됨으로써, 상기 제1 파이프의 상기 적어도 하나의 밸브를 개방하여, 상기 제1 및 제2 탱크를 압력 균등화하고, 상기 제2 탱크의 압력을 이의 초기 압력으로부터 감소시키며, 상기 제1 탱크의 압력을 이의 초기 압력으로부터 증가시키는 단계; 및
상기 펌프를 작동시키고, 상기 제2 파이프의 상기 밸브의 세트를 개방하여, 상기 제1 탱크로부터 상기 제2 탱크로 액체 형태로 상기 극저온 유체를 이송하는 단계를 포함하는,
극저온 유체를 이송하기 위한 장치를 사용하여 극저온 유체를 이송하기 위한 방법. - 제46항에 있어서,
상기 펌프를 작동시키는 단계는, 상기 제2 탱크의 감소된 압력 및 상기 제1 탱크의 증가된 압력이 2 내지 8 bar인 경우 개시되며,
상기 감소된 압력은 상기 증가된 압력보다 더 높은, 방법. - 제46항 또는 제47항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 증가된 압력과 상기 감소된 압력 간의 차이는 1 bar 미만의 결정된 차이인, 방법. - 제46항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 펌프의 유효 흡입 헤드가 상기 제1 탱크로부터 상기 제2 탱크로의 극저온 유체의 이송을 위해 불충분하게 되는 경우, 대기 히터를 사용하여 상기 제1 탱크 또는 상기 제2 탱크를 가압하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제46항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 파이프는, 상기 제1 탱크의 상기 하부 부분을 상기 제2 탱크의 상기 하부 부분에 연결하는, 방법. - 제46항 내지 Error! Reference source not found. 중 어느 한 항에 있어서,
상기 극저온 유체는 수소인, 방법. - 제1항 내지 제39항 또는 제46항 내지 제51항 중 어느 한 항에 따른 방법의 수행 시의 제40항 내지 제45항 중 어느 한 항에 따른 시스템 또는 장치 중 어느 하나의 사용.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US63/282,115 | 2021-11-22 | ||
| US63/283,120 | 2021-11-24 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240096906A true KR20240096906A (ko) | 2024-06-26 |
Family
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