KR101601434B1 - 슬로싱 저감 탱크 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 슬로싱 저감 탱크 구조는, 액체화물이 저장되는 탱크; 상기 액체화물보다 점도가 크고 비중이 작은 부유액체를 저장하는 부유물 저장고; 및 상기 부유물 저장고로부터 상기 부유액체를 상기 탱크 내부로 공급하는 공급라인을 포함하고, 상기 탱크에 액체화물이 일부 저장되는 경우, 상기 부유물 저장고로부터 상기 부유액체가 상기 탱크로 공급되어 상기 액체화물 상에 부유하는 것을 특징으로 하는 슬로싱 저감 탱크 구조.
본 발명에 따른 슬로싱 저감 탱크 구조는, 액체화물보다 비중이 작지만 점도가 큰 부유액체를 탱크 내부의 액체화물의 표면에 부유하도록 함으로써, 부유액체의 자유표면이 액체화물에 비하여 상대적으로 점성을 가지게 됨에 따라 유동운동이 저감되어 슬로싱 현상을 감소시킬 수 있다.

Description

슬로싱 저감 탱크 시스템{Tank system to decrease the sloshing}
본 발명은 슬로싱 저감 탱크 구조에 관한 것이다.
최근 기술 개발에 따라 가솔린이나 디젤을 대체하여 액화천연가스(Liquefied Natural Gas), 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas) 등과 같은 액화가스를 널리 사용하고 있다.
액화천연가스는 가스전에서 채취한 천연가스를 정제하여 얻은 메탄을 냉각해 액화시킨 것이며, 무색ㆍ투명한 액체로 공해물질이 거의 없고 열량이 높아 대단히 우수한 연료이다. 반면 액화석유가스는 유전에서 석유와 함께 나오는 프로판(C3H8)과 부탄(C4H10)을 주성분으로 한 가스를 상온에서 압축하여 액체로 만든 연료이다. 액화석유가스는 액화천연가스와 마찬가지로 무색무취이고 가정용, 업무용, 공업용, 자동차용 등의 연료로 널리 사용되고 있다.
이와 같은 액화가스는 지상에 설치되어 있는 액화가스 저장탱크에 저장되거나 또는 대양을 항해하는 운송수단인 선박에 구비되는 액화가스 저장탱크에 저장되는데, 액화천연가스는 액화에 의해 1/600의 부피로 줄어들고, 액화석유가스는 액화에 의해 프로판은 1/260, 부탄은 1/230의 부피로 줄어들어 저장 효율이 높다는 장점이 있다.
여기서, 해상으로 액체 화물을 운반하기 위하여 여러 가지 형태의 선박들이 제작되고 있다. 예를 들면 LNG(liquefied natural gas), LPG(liquefied petroleum gas), 원유(crude oil) 등의 액체 화물을 옮기기 위하여 각각의 화물 특징에 따라 선체가 제작되고, 이러한 선체에 화물을 저온 또는 고압 등으로 밀폐, 보온되도록 하기 위하여 특수한 형태의 액체 화물 저장 탱크들이 적용되고 있다.
이러한 선체 및 액체 화물 저장 탱크를 제작함에 있어서 주요한 하중 조건 중의 하나가 슬로싱(sloshing) 문제인데, 슬로싱이란 액체 화물이 선체의 움직임으로 인해 운동에너지를 계속적으로 받게 됨으로써 자유 표면을 가지는 액체 화물이 급격히 흔들리면서 저장 공간(즉, 액체 화물 저장 탱크)의 내측벽에 강한 충격을 유발하는 유체의 거동을 지칭하는 것으로서, 이러한 슬로싱은 선체 및 액체 화물 저장 탱크의 제작 초기부터 고려된다.
이와 같이, 선체와 액체 화물 저장 탱크의 형태는 액체 화물에 의한 슬로싱을 최소화함과 동시에 예상되는 슬로싱 하중을 충분히 견딜 수 있도록 설계되어 왔고, 이러한 과정에서 구조적으로 견디기 어려운 슬로싱 하중을 피하기 위하여 선주들은 화물의 적재량이 제한되는 조건부 운항 조건을 받아들여야 했다. 이하에서 도면을 참조하여 설명하도록 한다.
도 1은 액체화물의 유동 상태를 도시한 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 선박, 해양구조물에 설치되는 액체화물 저장 탱크(10)는 선박이나 해양구조물의 운항에 의해 운동에너지가 발생할 수 있으며, 액체화물 저장 탱크(10)에 저장되는 액체화물과 같은 유체(F)는 좌우 이동으로 액체화물 저장 탱크(10)의 내벽에 부딪혀 상하 운동이 발생될 수 있다.
즉, 선박이나 해양구조물의 운항 및 파도의 영향 등에 의해 발생하는 슬로싱 하중의 불확실성으로 인하여 예상치 못한 액체 화물 저장 탱크(10)의 손상에 대한 여러 가지 문제점들이 계속해서 발생되어 개선될 필요가 있다.
(선행문헌1) 공개특허공보 제10-2013-0043958호(2013.05.02)
본 발명은 종래기술을 개선하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 액체화물에 의한 슬로싱 현상에 의해 탱크의 구조물이 파손되는 것을 감소시킬 수 있는 슬로싱 저감 탱크 구조를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 슬로싱 저감 탱크 구조는, 액체화물이 저장되는 탱크; 상기 액체화물보다 점도가 크고 비중이 작은 부유액체를 저장하는 부유물 저장고; 및 상기 부유물 저장고로부터 상기 부유액체를 상기 탱크 내부로 공급하는 공급라인을 포함하고, 상기 탱크에 액체화물이 일부 저장되는 경우, 상기 부유물 저장고로부터 상기 부유액체가 상기 탱크로 공급되어 상기 액체화물 상에 부유하는 것을 특징으로 하는 슬로싱 저감 탱크 구조.
구체적으로, 상기 탱크에는 펌프타워가 마련되고, 상기 공급라인은 상기 펌프타워 내부에 설치되는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 공급라인 상에 마련되어 상기 탱크로 공급되는 상기 부유액체 내의 수분을 분리시키는 유수분 분리기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 탱크의 하단부는, 상기 탱크 내의 액체화물이나 부유액체가 한 곳으로 모이도록 경사를 이루는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 슬로싱 저감 탱크 구조는, 액체화물보다 비중이 작지만 점도가 큰 부유액체를 탱크 내부의 액체화물의 표면에 부유하도록 함으로써, 부유액체의 자유표면이 액체화물에 비하여 상대적으로 점성을 가지게 됨에 따라 유동운동이 저감되어 슬로싱 현상을 감소시킬 수 있다.
도 1은 액체화물의 유동 상태를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬로싱 저감 탱크 구조를 정면에서 개념적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬로싱 저감 탱크 구조를 정면에서 개념적으로 도시한 도면이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬로싱 저감 탱크 구조(100)는, 탱크(110), 부유물 저장고(120), 공급라인(130) 및 유수분 분리기(140)를 포함한다.
탱크(110)는 액체화물 운반선(LNG운반선, LPG운반선 등)의 화물창일 수 있으며, 화물창에 적재되는 저온의 액체화물(F)은 선체의 운동으로 인하여 슬로싱(Sloshing) 현상이 나타날 수 있어 이로 인하여 화물창이 파손될 우려가 있으므로, 본 실시예에서는 후술되는 구성에 의해 방지되도록 한다.
즉, 탱크(110)에 저장되는 액체화물(F)의 움직임 (선박의 운동 등)으로 인해 액체화물(F)이 탱크(110) 내부에서 유동하면서 탱크(110) 내 일정 부분에 큰 압력을 가하게 된다(슬로싱 압력). 본 실시예는 슬로싱 압력이 구조적인 손상을 가져올 수 있기 때문에 슬로싱 현상을 감소시키도록 한다.
여기서, 탱크(110)에는 액체화물(F)이 저장된다. 액체화물(F)은 액화천연가스(Liquefied Natural Gas), 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas) 등과 같은 액화가스일 수 있다. 탱크(110)에 저장되는 액체화물(F)은 단순히 저장되거나 엔진과 같은 수요처(도시하지 않음)에 공급될 수도 있다. 탱크(110)는 액화가스를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때 탱크(110)는 단열구조를 이루는 압력 탱크 형태를 가질 수 있다.
여기서, 탱크(110)에 채워지는 액체화물(F)이 천연가스인 경우, 천연가스의 주요구성인 메탄(Methane)의 액화온도는 -163℃이고 비중은 0.5 ton/m3으로 설계된다.
그리고 탱크(110)에는 펌프타워(113)가 마련될 수 있으며, 펌프타워(113)는 탱크(110) 내에 저장되는 액체화물(F)을 가압하여 탱크(110) 외부로 배출시키는 구성이다. 이러한, 펌프타워(113)는 중공의 기둥으로 이루어 질 수 있으며, 내부에 후술되는 공급라인(130) 등이 설치될 수 있다.
또한, 탱크(110)는 하단부(111)가 경사를 이룰 수 있다. 이는, 탱크(110) 내에 저장되는 액체화물(F)이나 부유액체(G)가 한 곳으로 쏠려 모이도록, 예를 들어, 펌프타워(113)의 하단부가 위치하는 중심(112)으로 하향경사질 수 있으며, 펌프타워(113)와 탱크(110)의 바닥면과 간섭되지 않도록 중심(112)은 오목하게 이루어질 수 있다.
부유물 저장고(120)는 액체화물(F)보다 점도가 크고 가벼운 부유액체(G)를 저장한다. 여기서, 부유액체(G)는 부유물 저장고(120)로부터 탱크(110)로 주입되어 액체화물(F)의 자유표면에 마련되도록 액체화물(F)보다 비중이 작게 이루어지는 액체일 수 있으며, 특히 점도가 크게 이루어져 부유액체(G) 간의 점성으로 뭉치게 될 수 있다.
부유액체(G)는 예를 들어 타르 또는 윤활유일 수 있으며, 탱크(110)내에 액체화물(F)은 예를 들어 물이 일부 저장되어 있을 때 발생하는 슬로싱 현상을 감소시킨다. 즉, 액체화물(F)에 비하여 점도가 큰 부유액체(G)는 점성을 가지고 있어 액체화물(F)의 자유표면에 비하여 상대적으로 부유액체(G)의 자유표면은 탱크(110) 내부에서의 출렁거림(유동)이 감소되므로, 유동에 의한 슬로싱 현상을 감소시킬 수 있다.
여기서, 부유액체(G)는 액체화물(F)보다 비중이 작아 탱크(110) 내부에 액체화물(F)이 저장되는 상태에서 부유물 저장고(120)로부터 공급되어 주입되어도 액체화물(F)의 상부로 부유할 수 있다.
부유물 저장고(120)는 이러한 부유액체(G)를 저장하며, 탱크(110) 내부에서 액체화물(F)이 비워지거나 가득찬 상태에서는 탱크(110)내부에서 부유액체(G)가 배출되어 부유물 저장고(120)에 저장되고, 액체화물(F)이 탱크(110) 내에 일부 저장되는 경우 슬로싱 현상 감소를 위해 부유물 저장고(120)로부터 공급된다. 여기서, 부유물 저장고(120)로부터 부유액체(G)가 탱크(110)로 공급되거나 회수되는 것은 후술되는 공급라인(130)에 의해 이루어질 수 있다.
공급라인(130)은 부유물 저장고(120)로부터 부유액체(G)를 탱크(110) 내부로 공급한다.
공급라인(130)은 부유물 저장고(120)에서 탱크(110)의 내부까지 연결될 수 있으며, 펌프타워(113) 내부에 설치될 수 있고, 펌프타워(113)에 의해 부유액체(G)가 가압되어 배출될 수도 있다. 이때, 공급라인(130) 상에는 밸브(도시하지 않음)가 구비되어 부유액체(G)의 공급량이 조절될 수 있고, 펌프타워에 의해 가압되어 배출되는 부유액체(G)는 공급라인(130)을 따라 회수되어 부유물 저장고(120)로 회수될 수 있다.
유수분 분리기(140)는 공급라인(130) 상에 마련되어 탱크(110)로 공급되는 부유액체(G)내의 수분 또는 액체화물(F)을 분리시킬 수 있다. 유수분 분리기(140)는 물질의 밀도차를 이용하여 부유액체(G)와 액체화물(F) 또는 수분을 분리시킬 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 액체화물(F)보다 비중이 작고 점도가 큰 윤활유와 같은 부유액체(G)를 탱크(110) 내부의 액체화물(F)의 표면에 부유하도록 함으로써, 부유액체(G)의 점성으로 유동운동이 저감되어 슬로싱 현상을 감소시킬 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10: 액체화물 저장 탱크 F: 액체화물
G: 부유액체 100: 슬로싱 저감 탱크 구조
110: 탱크 111: 탱크의 하단부
112: 탱크의 중심 120: 부유물 저장고
130: 공급라인 140: 유수분 분리기

Claims (4)

  1. 액체화물이 저장되는 탱크;
    상기 탱크에 마련되는 펌프 타워;
    상기 액체화물보다 점도가 크고 비중이 작은 부유액체를 저장하는 부유물 저장고; 및
    상기 펌프 타워 내부에 설치되며, 상기 부유물 저장고로부터 상기 부유액체를 상기 탱크 내부로 공급하는 공급라인을 포함하고,
    상기 탱크에 액체화물이 일부 저장되는 경우, 상기 부유물 저장고로부터 상기 부유액체가 상기 탱크로 공급되어 상기 액체화물 상에 부유하는 것을 특징으로 하는 슬로싱 저감 탱크 구조.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공급라인 상에 마련되어 상기 탱크로 공급되는 상기 부유액체 내의 수분을 분리시키는 유수분 분리기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬로싱 저감 탱크 구조.
  4. 제1항에 있어서, 상기 탱크의 하단부는,
    상기 탱크 내의 액체화물이나 부유액체가 한 곳으로 모이도록 경사를 이루는 것을 특징으로 하는 슬로싱 저감 탱크 구조.
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