Recently, the importance of transfer and storage technology of cryogenic liquid fuels is increasing due to global warming and carbon emission regulations. In the process of filling the receiver tank with cryogenic liquid, a large amount of cryogenic liquid vaporizes, leading to the rapid pressure rise of the receiver tank. Consequently, vapor in the tank should be vented to maintain the tank pressure at a safe level, and this causes fuel loss. One of the methods to deal with these problems is a no-vent fill (NVF). NVF is a methodology used to reduce fluid loss by keeping the vent valve of the tank closed while the tank is being filled. If the physical adsorption of adsorbents is utilized during the NVF process, we can suppress the pressure rise inside the tank and facilitate the NVF process by adsorbing and storing the gas inside the tank at a high density. In this thesis, the experimental apparatus is developed for the NVF process of liquid nitrogen (LN$_2$) using the adsorption storage system. The effects of the adsorption storage system according to each fill configuration are experimentally investigated. In addition, the energy balance model is established to predict the final filling ratio of the receiver tank in the NVF process. It calculates the required conditions of the adsorption storage system for achieving the target filling ratio.
최근, 지구 온난화와 탄소 배출 규제로 인해, 극저온 액체 연료의 충진 기술에 대한 중요성이 증가하고 있다. 극저온 액체를 저장 탱크에 충진하는 과정에서 일반적으로 많은 양의 극저온 액체가 기화하여 탱크의 압력이 빠르게 상승한다. 저장 탱크의 압력을 안전한 수준으로 유지하기 위해서 저장 탱크 내부 증기를 배기하게 되고, 이 과정에서 연료의 손실이 발생한다. 극저온 액체의 충진 과정 중 연료의 손실을 막을 수 있는 방법으로는 무배기 충진 기술이 있다. 무배기 충진이란, 극저온 유체를 배기 과정 없이 저장 탱크로 충진하는 것을 말한다. 무배기 충진 과정에서 흡착제의 물리적 흡착 현상을 활용하면, 저장 탱크 내부의 기체를 높은 밀도로 흡착 저장하여 충진 과정에서 발생하는 압력 상승을 억제하고, 무배기 충진이 가능하도록 만들 수 있다. 본 연구에서는 흡착 저장 시스템을 이용하는 액체 질소용 무배기 충진 실험 장치를 개발하여, 무배기 충진 과정에서 각각의 충진 방법에 따른 흡착 저장 시스템의 영향을 실험적으로 확인하였다. 또한, 무배기 충진 과정에서 달성 가능한 최종 충진율을 예측하는 에너지 평형 모델을 제시하고, 목표한 무배기 충진율 달성을 위하여 필요한 흡착 저장 시스템의 조건을 계산하였다.
