KR102039573B1 - 액화수소 저장탱크 구조체 - Google Patents

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Abstract

액화수소 저장탱크 구조체가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 액화수소 저장탱크 구조체는 구조벽; 상기 구조벽과 마주보며 이격 배치되는 1차 방벽; 상기 구조벽과 상기 1차 방벽 사이에 배치되는 2차 방벽; 및 상기 1차 방벽과 상기 2차 방벽 사이 공간인 이너 베리어 스페이스(IBS)를 진공 상태로 만드는 펌프가 배치되는 펌프 배치부를 포함한다.

Description

액화수소 저장탱크 구조체{Hydrogen storage tank}
본 발명은 액화수소 저장탱크 구조체에 관한 것이다.
액화천연가스 저장탱크 구조체는 약 -163℃의 초저온 액화천연가스(Liquefied Natural Gas; LNG)를 저장 또는 운반하기 위한 것으로 액화천연가스를 밀폐하기 위해 2개의 방벽(1차 방벽 및 2차 방벽)을 구비한다.
그리고, 액화천연가스 저장탱크 구조체는 1차 방벽 및 2차 방벽 사이와 2차 방벽 및 내부 선체 사이에 낮은 열전도율(Thermal Condu6ctivity)을 갖는 폴리우레탄폼(Polyurethane Foam) 재질의 단열 부재에 플라이우드(Plywood)와 같이 압축강도가 큰 단열 부재 보호판이 결합된 단열 보드를 이용하여 단열층을 형성한다.
종래 액화천연가스 저장탱크 구조체의 1차 방벽과 2차 방벽 사이 공간인 이너 베리어 스페이스(Inner Barrier Space)에는 질소가 채워진다. 이너 베리어 스페이스에서의 질소의 압력이 떨어지면 1차 방벽이 손상되었다고 판단하고 후속 조치를 취하였다.
한편, 최근 산업계에서 수소에 대한 수요가 증가하여 수소를 액화하여 운반하는 기술에 대한 개발이 진행되고 있다. 수소는 끓는점이 약 -252.7℃로 천연가스에 비해 훨씬 낮다. 따라서 액화수소 저장탱크 구조체의 1차 방벽과 2차 방벽 사이 공간인 이너 베리어 스페이스(Inner Barrier Space)에 질소를 채우면 질소가 액화되어 액화수소 저장탱크 구조체의 손상 여부를 감지하기 어려워진다.
따라서 이너 베리어 스페이스에 질소를 채웠던 기존 컨셉과 다른 컨셉을 가지는 액화수소 저장탱크 구조체의 개발이 시급한 상황이다.
본 발명의 실시예는, 이너 베리어 스페이스에 질소를 채우지 않는 새로운 방식의 액화수소 저장탱크 구조체를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 구조벽; 상기 구조벽과 마주보며 이격 배치되는 1차 방벽; 상기 구조벽과 상기 1차 방벽 사이에 배치되는 2차 방벽; 및 상기 1차 방벽과 상기 2차 방벽 사이 공간인 이너 베리어 스페이스(IBS)를 진공 상태로 만드는 펌프가 배치되는 펌프 배치부를 포함하는, 액화수소 저장탱크 구조체가 제공될 수 있다.
상기 펌프 배치부는, 상기 이너 베리어 스페이스와 상기 구조벽 외부를 상호 연결하도록 상기 2차 방벽에서 상기 구조벽으로 연장된 실린더 부재를 포함할 수 있다.
상기 펌프 배치부는, 상기 펌프를 지지하도록 상기 실린더 부재의 내측면에 형성된 지지 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 이너 베리어 스페이스와 상기 펌프 사이에는 밸브가 형성되고, 상기 밸브는, 상기 펌프가 작동하면 개방 동작하고, 상기 펌프가 작동하지 않으면 폐쇄 동작할 수 있다.
상기 밸브는, 상기 펌프와 상기 이너 베리어 스페이스 사이를 가로 막도록 상기 실린더 부재 내측에 배치되고, 상기 펌프와 상기 이너 베리어 스페이스를 상호 연결하는 베이스 개방구가 형성된 베이스 부재; 상기 베이스 부재와 상기 펌프 사이에 개재되고, 상기 베이스 부재에 결합되어 상기 실린더 부재의 연장 방향으로 이동 가능하며, 이동 과정에서 상기 베이스 개방구를 개폐시키는 밸브 부재; 및 상기 밸브 부재를 상기 베이스 부재에 밀착시키는 탄성력을 제공하는 탄성 부재를 포함할 수 있다.
상기 2차 방벽에서 먼 상기 실린더 부재의 일단부에는 커버 부재가 설치될 수 있다.
상기 커버 부재에는 상기 펌프와 연결된 유체 배출 라인이 통과하는 관통구가 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 액화수소 저장탱크 구조체가 1차 방벽과 2차 방벽 사이 공간인 이너 베리어 스페이스를 진공 상태로 만들기 위한 펌프가 배치되는 펌프 배치부를 포함함으로써, 액화수소를 저장함과 동시에 1차 방벽 또는 2차 방벽이 손상된 것을 감지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화수소 저장탱크 구조체의 단면도이고,
도 2는 도 1의 A부분을 확대한 도면이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브로서 폐쇄 동작하는 밸브를 나타내는 도면이고,
도 4는 도 3도 BB선에서 바라본 도면이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브로서 개방 동작하는 밸브를 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화수소 저장탱크 구조체의 단면도이고, 도 2는 도 1의 A부분을 확대한 도면이다. 참고로, 도 1 및 도 2에서 +X는 액화수소 저장탱크 구조체(100)의 전방 또는 액화수소 저장탱크 구조체(100)가 형성된 선체(10)의 전방을 의미하고, +Y는 액화수소 저장탱크 구조체(100)의 좌측방향 또는 액화수소 저장탱크 구조체(100)가 형성된 선체(10)의 전방을 의미한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 액화수소 저장탱크 구조체(100)는 내부에 액화수소를 저장한다. 액화수소 저장탱크 구조체(100)는 도 1과 같이 선박 또는 해양 구조물의 선체(10)에 형성될 수 있으나 이에 국한되지 않는다.
본 실시예에서 액화수소 저장탱크 구조체(100)는 구조벽(101)과, 1차 방벽(110)과, 2차 방벽(120)과, 1차 단열층(130)과, 2차 단열층(140)과, 펌프 배치부(160)를 포함할 수 있다.
구조벽(101)은 후술하는 1차 방벽(110) 등을 지지한다. 구조벽(101)은 선체(10)의 이중 격벽 중 내벽일 수 있다.
1차 방벽(110)은 구조벽(101)과 마주보며 배치된다. 1차 방벽(110)은 액화수소와 직접 접하는 구성으로서 구조벽(101)에서 액화수소 쪽으로 이격되어 배치된다.
1차 방벽(110)은 복수의 멤브레인(부호 도시하지 않음)으로 구성될 수 있으며, 멤브레인들은 스테인리스 스틸 또는 고망간강으로 제작될 수 있다. 이러한 멤브레인들은 경계면이 용접에 의해 접합될 수 있다.
1차 방벽(110)에는 주름(111)이 형성될 수 있다. 주름(111)은 도 2와 같이 횡으로 형성된 횡주름과 도시되지 않았으나 횡주름에 직교하는 종주름을 포함할 수 있다.
2차 방벽(120)은 1차 방벽(110)과 선체(10)의 구조벽(101) 사이에 개재될 수 있다. 2차 방벽(120)은 복수의 멤브레인으로 구성될 수 있으며, 멤브레인들은 스테인리스 스틸, 알루미늄, 황동, 아연, 고망간강 중 어느 하나로 제작될 수 있다.
1차 단열층(130)은 1차 방벽(110)과 2차 방벽(120) 사이의 이너 베리어 스페이스(IBS)에 개재된다.
1차 단열층(130)은 복수의 1차 단위단열블록(131) 및 1차 단열충전물(133)을 포함할 수 있다.
복수의 1차 단위단열블록(131)은 상호 이격되어 이웃하여 배치될 수 있다. 1차 단위단열블록(131)은 폴리우레탄폼, 마이크로셀룰로이드폼(Micro-celluloid Foam), 나노셀룰로이드폼(Nano-celluloid Foam), 샌드위치 폼(Sandwich Foam) 중 어느 하나로 제작될 수 있다.
이웃하는 1차 단위단열블록(131) 사이에는 1차 단열충전물(133)로 채워질 수 있다. 1차 단열충전물(133)은 유연한 단열폼, 글래스 울(Glass wool), 퍼티(Putty) 등 1차 단위단열블록(131)들의 단열성능을 높일 수 있는 다양한 소재로 구성될 수 있다.
1차 방벽(110)과 1차 단열층(130) 사이에 충격흡수층(135)이 개재될 수 있다. 충격흡수층(135)은 1차 방벽(110)의 강성보다 낮은 강성을 보유하는 다양한 소재, 예를 들어 섬유강화 복합재료 시트 또는 매트(Mat), 고분자수지, 고무 등으로 구성될 수 있다.
충격흡수층(135)은 에폭시수지 등의 접착제나 핫프레싱(Hot pressing)에 의하여 1차 방벽(110)의 이면에 접합될 수 있다.
충격흡수층(135)과 1차 단열층(130) 사이에 강성의 보강을 위해 플라이우드(Fly Wood; 도시하지 않음)가 설치될 수 있다.
2차 단열층(140)은 2차 방벽(120)과 선체(10)의 구조벽(101) 사이에 개재될 수 있다.
2차 단열층(140)은 복수의 2차 단위단열블록(141) 및 2차 단열충전물(143)을 포함할 수 있다. 복수의 2차 단위단열블록(141)은 상호 이격되어 이웃하여 배치될 수 있다. 2차 단위단열블록(141)은 폴리우레탄폼, 샌드위치폼, 마이크로셀룰로이드폼, 나노셀룰로이드폼 등으로 구성될 수 있다.
이웃하는 2차 단위단열블록(141) 사이에는 2차 단열충전물(143)로 채워질 수 있다. 2차 단열충전물(143)은 유연한 단열폼, 글래스 울(Glass wool), 퍼티(Putty) 등 2차 단위단열블록(141)들의 단열성능을 높일 수 있는 다양한 소재로 구성될 수 있다.
1차 단위단열블록(131)과 2차 단위단열블록(141)은 각각 저장된 액화수소의 누출을 방지하기 위해 서로 어긋나도록 배열될 수 있다.
2차 단열층(140)은 매스틱(150)(Mastic) 또는 수지로프(Resin rope) 등에 의하여 선체(10)의 구조벽(101)에 고정될 수 있다. 매스틱(150)은 에폭시수지로 구성될 수 있으며, 강성의 보강을 위해 플라이우드(도시하지 않음)가 2차 단열층(140)의 이면에 설치되는 경우 플라이우드 또한 선체(10)의 구조벽(101)에 고정시킬 수 있다.
본 실시예에서 1차 방벽(110)과 2차 방벽(120) 사이 공간인 이너 베리어 스페이스(IBS)는 진공 상태로 유지된다. 예컨대 진공이란 물질이 전혀 존재하지 않는 공간을 의미하지만, 실제로는 이렇게 만들기가 어렵기 때문에 1/1000㎜Hg 정도 이하의 저압을 가리킨다(출처 : 두산백과). 다만, 진공의 기준이 되는 최대 압력 1/1000㎜Hg은 예시에 불과하다.
이너 베리어 스페이스(IBS)가 진공 상태를 유지하는 액화수소 저장탱크 구조체가 사용 중 예컨대 1차 방벽(110) 또는 2차 방벽(120)이 손상되면 이너 베리어 스페이스(IBS)의 진공 상태가 깨진다. 특히, 1차 방벽(110)이 손상되면 이너 베리어 스페이스(ibs)의 진공 상태가 깨질 뿐만 아니라 액화수소의 일부가 이너 베리어 스페이스(IBS)로 누출되어 안정상 심각한 문제가 발생할 수 있다.
따라서 이너 베리어 스페이스(IBS)의 진공 상태를 감지하고, 이너 베리어 스페이스(IBS)의 진공 상태가 깨진 것이 감지되면 이를 달리 표현하면 이너 베리어 스페이스(IBS)의 진공 상태가 유지되지 않는 것이 감지되면 액화수소 저장탱크 구조체(100), 특히 1차 방벽(110) 또는 2차 방벽(120)이 손상된 것으로 판단할 수 있다.
본 실시예에서, 이너 베리어 스페이스(IBS)를 진공 상태로 만들고 유지하기 위해 펌프(P)가 사용된다.
펌프(P)는 액화수소 저장탱크 구조체(100)의 펌프 배치부(160)에 배치된다.
펌프 배치부(160)는 실린더 부재(161)를 포함할 수 있다.
실린더 부재(161)는 이너 베리어 스페이스(IBS)와 구조벽(101) 외부를 상호 연결하도록 2차 방벽에서 구조벽(101)으로 연장된 실린더 형상을 가진다.
실린더 부재(161)와 만나는 2차 방벽(120)에는 이너 베리어 스페이스(IBS)와 실린더 부재(161) 내부를 상호 연결하는 제 1 개방구(122)가 형성될 수 있다.
실린더 부재(161)와 만나는 구조벽(101)에는 구조벽(101)의 외부와 실린더 부재(161)를 상호 연결하는 제 2 개방구(102)가 형성될 수 있다. 실린더 부재(161)는 제 2 개방구(102)를 지나 구조벽(101)의 외부로 연장 형성될 수 있다.
펌프 배치부(160)는 지지 부재(163)를 더 포함할 수 있다.
지지 부재(163)는 펌프(P)를 지지하도록 실린더 부재(161)의 내측면에 형성된다.
지지 부재(163)에 지지된 펌프(P)는 2차 방벽(120)과 구조벽(101) 사이 공간에 배치될 수 있다.
이너 베리어 스페이스(IBS)와 펌프(P)사이에 밸브(170)가 형성될 수 있다. 밸브(170)는 펌프 배치부(160)에 배치된 펌프(P)가 작동할 때 개방 동작하고, 작동하지 않을 때 폐쇄 동작한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브로서 폐쇄 동작하는 밸브를 나타내는 도면이고, 도 4는 도 3도 BB선에서 바라본 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브로서 개방 동작하는 밸브를 나타내는 도면이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 밸브(170)는 베이스 부재(171)와, 밸브 부재(173)와, 탄성 부재(175)를 포함한다.
베이스 부재(171)는 펌프(P)와 이너 베리어 스페이스(IBS) 사이를 가로 막도록 실린더 부재(161) 내측에 배치된다. 베이스 부재(171)는 플레이트 형상을 가질 수 있다. 베이스 부재(171)에는 펌프(P)와 이너 베리어 스페이스(IBS)를 상호 연결하는 베이스 개방구(172)가 형성된다.
밸브 부재(173)는 베이스 부재(171)와 펌프(P)사이에 개재된다. 밸브 부재(173)은 플레이트 형상을 가질 수 있다. 밸브 부재(173)는 베이스 부재(171)에 결합되어 실린더 부재(161)의 연장 방향으로 이동 가능하다.
예컨대, 밸브 부재(173)는 실린더 부재(161)의 연장 방향에 수직하게 놓여진다. 그리고 밸브 부재(173)의 일면에는 밸브 부재(173)의 수직하게 연장된 가이드 바(174)가 형성되고, 가이드 바(174)는 베이스 부재(171)에 형성된 가이드 홀(171a)을 관통한다.
가이드 바(174)가 가이드 홀(171a)을 관통하며 실린더 부재(161)의 연장 방향을 따라 이동하면, 밸브 부재(173)는 실린더 부재(161)의 연장 방향으로 이동 가능하다.
밸브 부재(173)가 실린더 부재(161)의 연장 방향으로 이동하는 과정에서 베이스 개방구(172)를 개폐시킨다.
예컨대, 밸브 부재(173)가 도 3과 같이 베이스 부재(171)에 밀착되면 베이스 개방구(172)가 폐쇄된다. 그리고 밸브 부재(173)가 도 3에서 도 4와 같이 이동하여 베이스 부재(171)에서 분리되면 베이스 개방구(172)가 개방된다.
베이스 개방구(172)가 개방되면, 이너 베리어 스페이스(IBS)에 있던 공기 등이 베이스 개방구(172)를 통해 펌프(P)로 빨려 들어가 이너 베리어 스페이스(IBS)가 진공 상태가 될 수 있다. 이후, 펌프(P)의 작동이 중단되면, 밸브 부재(173)가 베이스 개방구(172)를 폐쇄하고, 이너 베리어 스페이스(IBS)는 진공 상태를 유지할 수 있다.
탄성 부재(175)는 밸브 부재(173)를 베이스 부재(171)에 밀착시켜 베이스 개방구(172)를 폐쇄하기 위한 탄성력을 제공한다.
예컨대, 가이드 홀(171a)을 관통하여 이너 베리어 스페이스(IBS) 쪽으로 연장된 가이드 바(174)에는 지지부(174a)가 형성되고, 지지부(174a)와 베이스 부재(171) 사이에 탄성 부재(175)가 개재될 수 있다. 이때, 탄성 부재(175)는 코일 스프링 형상을 가질 수 있고, 가이드 바(174)는 탄성 부재(175)의 중앙을 따라 연장 형성될 수 있다.
도 3과 같이 탄성 부재(175)에 의해 베이스 부재(171)와 밀착되어 있던 밸브 부재(173)는 펌프(P)가 작동하면, 펌프(P)의 진공압에 의해 도 5와 같이 베이스 부재(171)에서 분리되어 베이스 개방구(172)가 개방된다.
도 2를 참조하면, 2차 방벽(120)에서 먼 실린더 부재(161)의 일단부에는 커버 부재(180)가 설치될 수 있다. 커버 부재(180)는 실린더 부재(161)의 내부와 외부를 차단한다. 커버 부재(180)와 실린더 부재(161) 사이에는 실링 수단(미도시)이 개재될 수 있다.
커버 부재(180)에는 관통구(181)가 형성될 수 있다. 실린더 부재(161)의 내부에 배치된 펌프(P)와 연결된 유체 배출 라인(PL)은 커버 부재(180)에 형성된 관통구(181)를 통과하여 외부로 연장된다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10 : 선체
100 : 액화가스 저장탱크
101 : 구조벽
110 : 1차 방벽
111 : 주름
120 : 2차 방벽
130 : 1차 단열층
131 : 1차 단위단열블록
133 : 1차 단열충전물
135 : 충격흡수층
140 : 2차 단열층
141 : 2차 단위단열블록
143 : 2차 단열충전물
150 : 매스틱
160 : 펌프 배치부
161 : 실린더 부재
163 : 지지 부재
170 : 밸브
171 : 베이스 부재
173 : 밸브 부재
175 : 탄성 부재
180 : 커버 부재

Claims (7)

  1. 구조벽;
    상기 구조벽과 마주보며 이격 배치되는 1차 방벽;
    상기 구조벽과 상기 1차 방벽 사이에 배치되는 2차 방벽; 및
    상기 1차 방벽과 상기 2차 방벽 사이 공간인 이너 베리어 스페이스(IBS)를 진공 상태로 만드는 펌프가 배치되는 펌프 배치부를 포함하고,
    상기 펌프 배치부는,
    상기 이너 베리어 스페이스와 상기 구조벽 외부를 상호 연결하도록 상기 2차 방벽에서 상기 구조벽으로 연장된 실린더 부재를 포함하고,
    상기 실린더 부재와 만나는 상기 2차 방벽에는 상기 이너 베리어 스페이스와 상기 실린더 부재 내부를 상호 연결하는 제 1 개방구가 형성되고,
    상기 실린더 부재와 만나는 상기 구조벽에는 상기 구조벽의 외부와 상기 실린더 부재를 상호 연결하는 제 2 개방구가 형성되고,
    상기 실린더 부재는 상기 제 2 개방구를 지나 상기 구조벽의 외부로 연장 형성되고,
    상기 이너 베리어 스페이스와 상기 펌프 사이에는 밸브가 형성되고,
    상기 밸브는,
    상기 펌프가 작동하면 개방 동작하고,
    상기 펌프가 작동하지 않으면 폐쇄 동작하는, 액화수소 저장탱크 구조체.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 펌프 배치부는,
    상기 펌프를 지지하도록 상기 실린더 부재의 내측면에 형성된 지지 부재를 더 포함하는, 액화수소 저장탱크 구조체.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 밸브는,
    상기 펌프와 상기 이너 베리어 스페이스 사이를 가로 막도록 상기 실린더 부재 내측에 배치되고, 상기 펌프와 상기 이너 베리어 스페이스를 상호 연결하는 베이스 개방구가 형성된 베이스 부재;
    상기 베이스 부재와 상기 펌프 사이에 개재되고, 상기 베이스 부재에 결합되어 상기 실린더 부재의 연장 방향으로 이동 가능하며, 이동 과정에서 상기 베이스 개방구를 개폐시키는 밸브 부재; 및
    상기 밸브 부재를 상기 베이스 부재에 밀착시키는 탄성력을 제공하는 탄성 부재를 포함하는, 액화수소 저장탱크 구조체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 2차 방벽에서 먼 상기 실린더 부재의 일단부에는 커버 부재가 설치되는, 액화수소 저장탱크 구조체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 커버 부재에는 상기 펌프와 연결된 유체 배출 라인이 통과하는 관통구가 형성되는, 액화수소 저장탱크 구조체.
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