KR102649343B1 - Vacuum insulated cryogenic tank - Google Patents
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Abstract
본 발명은 진공단열 초저온탱크에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 탱크가 수축/팽창하더라도 위치가 변화하지 않는 프레임을 포함함으로써, 멤브레인 탱크에도 적용가능할 뿐만 아니라 지지체를 포함하는 독립형 탱크에도 적용가능한 진공단열구조를 가지는, 진공단열 초저온탱크를 제공함에 있다.The present invention relates to a vacuum insulated cryogenic tank. The purpose of the present invention is to provide a vacuum insulated cryogenic tank that includes a frame whose position does not change even when the tank contracts and expands, and has a vacuum insulated structure that can be applied not only to membrane tanks but also to independent tanks including a support. there is.
Description
본 발명은 진공단열 초저온탱크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초저온 상태의 액화가스를 저장 및 운송하기 위한 초저온탱크를 진공단열하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a vacuum insulated cryogenic tank, and more specifically, to a device for vacuum insulating a cryogenic tank for storing and transporting liquefied gas in a cryogenic state.
일반적으로 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, LNG)는 메탄을 주성분으로 하는 천연가스를 영하 162℃로 냉각하여 그 부피를 6백분의 1로 줄인 무색투명한 초저온 액체를 말한다. 액화천연가스가 에너지자원으로 사용되면서, 액화천연가스를 안전하게 수송하고 저장하기 위해 다양한 연구가 이루어졌다. 구체적으로 설명하자면, 액화천연가스 저장용 탱크는, 대기압 보다 높은 중기압과 영하 160℃의 비등온도를 갖는 액화천연가스를 저장하기 위하여, 초저온에 견딜 수 있는 재료(알루미늄 합금, 스테인리스강, 35% 니켈강 등)로 제작되어야 하며, 열응력 및 열수축에 대응할 수 있는 설계와 열침입을 막을 수 있는 단열(insulation)구조의 설치 등이 요구된다.In general, Liquefied Natural Gas (LNG) refers to a colorless and transparent ultra-low temperature liquid made by cooling natural gas containing methane as a main ingredient to -162℃ and reducing its volume to 1/600. As liquefied natural gas is used as an energy resource, various studies have been conducted to safely transport and store liquefied natural gas. To be specific, liquefied natural gas storage tanks are made of materials that can withstand ultra-low temperatures (aluminum alloy, stainless steel, 35% It must be made of nickel steel, etc.), and a design that can respond to thermal stress and thermal contraction and the installation of an insulation structure to prevent heat intrusion are required.
최근, 수소는 재생 에너지의 에너지 운반체로서 역할을 하고 있으며, 이로 인해 수소의 수요가 증가하고 있다. 즉, 태양열과 풍력 에너지는 물을 전기분해하여 수소를 생산하는 에너지원으로 사용되며, 이를 액화하여 액체수소 탱크에 저장하여 장기간 사용 및 장거리 운송을 해야 한다. 이 때 액화수소는 비등온도가 영하 250℃로서 액화천연가스보다 더욱 낮기 때문에, 액화천연가스보다 더욱 저온인 환경에 적용가능하도록 보다 세심하게 설계할 필요가 있다.Recently, hydrogen has been acting as an energy carrier for renewable energy, which has increased the demand for hydrogen. In other words, solar and wind energy are used as energy sources to electrolyze water to produce hydrogen, which must be liquefied and stored in a liquid hydrogen tank for long-term use and long-distance transportation. At this time, since the boiling temperature of liquefied hydrogen is -250℃, which is lower than that of liquefied natural gas, it is necessary to design it more carefully so that it can be applied to an environment with a lower temperature than liquefied natural gas.
이처럼 액화천연가스나 액화수소를 저장하기 위한 저온탱크는, 그 구조에 따라 멤브레인(membrane)형과 독립(Self-supporting)형으로 분류될 수 있다. 멤브레인형 탱크는 한국 공개특허공보 제10-2017-0116584호(주름진 실링 멤브레인을 갖는 밀폐 탱크, 2017.10.19.)에서 개시된 바와 같이, 액화가스가 저장되는 탱크의 내면은 액화가스에 따른 열변형에 대응되어 열 수축이 가능하도록 스테인리스 재질의 주름진 박판 멤브레인 시트(Corrugated Membrane Sheet)가 이용되며, 상기 멤브레인 시트를 지지하기 위해 외면을 감싸는 단열재층 및 수송선의 선체에 지지되는 2차 방벽을 이루도록 형성되어, 탱크 내부에서 발생하는 압력을 선체가 지탱하는 방식으로 이루어진다.In this way, low-temperature tanks for storing liquefied natural gas or liquefied hydrogen can be classified into membrane type and self-supporting type depending on their structure. As disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2017-0116584 (closed tank with corrugated sealing membrane, Oct. 19, 2017), the membrane-type tank is a membrane-type tank, and the inner surface of the tank in which the liquefied gas is stored is subject to thermal deformation due to the liquefied gas. A corrugated membrane sheet made of stainless steel is used to enable heat shrinkage, and is formed to form a secondary barrier supported on the hull of the transport ship and an insulation layer surrounding the outer surface to support the membrane sheet. This is done in a way that the hull supports the pressure generated inside the tank.
독립형 탱크는 그 자체로서 하나의 독립된 장치를 이루는 것으로, 독립적인 설치가 가능하도록 자체적인 지지체를 포함하게 된다. 한편 상술한 바와 같이 멤브레인형 탱크의 경우 열적 수축/팽창을 대비하기 위한 주름이 형성되어 있는데, 독립형 탱크에 이러한 주름구조가 적용될 경우 다음과 같은 문제가 있다. 진공단열탱크의 경우, 액화가스를 직접 수용하는 내조탱크와 내조탱크 주위를 단열재 및 진공자켓이 둘러싸는 형태로 형성되며, 지지체는 일반적으로 내조탱크에 연결된다. 이에 따라 지지체는 필연적으로 단열재 및 진공자켓을 관통하는 형태로 구비되어야만 하는데, 탱크의 부피가 변화하게 될 경우 단열재 및 진공자켓과 지지체의 결합부위에 상당한 응력이 집중될 수밖에 없다. 더구나 탱크 부피가 수축/팽창을 반복할 경우 피로가 쌓이게 됨에 따라 해당 부위가 파열될 위험성이 상당히 높다. 이러한 문제를 피하기 위해서, 이론적으로는 지지체가 탱크 부피변화에 대응하여 움직일 수 있도록 하는 설계를 도입해볼 수 있겠으나, 구조의 복잡성 및 난해함에 과도하게 높아져 이를 실제로 구현하기에는 무리가 있다.An independent tank constitutes an independent device in itself and includes its own support to enable independent installation. Meanwhile, as described above, in the case of a membrane-type tank, wrinkles are formed to prepare for thermal contraction/expansion, but when this wrinkle structure is applied to a stand-alone tank, the following problems arise. In the case of a vacuum insulated tank, it is formed with an inner tank that directly accommodates the liquefied gas, and an insulating material and a vacuum jacket surround the inner tank, and the support body is generally connected to the inner tank. Accordingly, the support must inevitably be provided in a form that penetrates the insulation and vacuum jacket. However, if the volume of the tank changes, significant stress is inevitably concentrated at the joint area between the insulation and vacuum jacket and the support. Moreover, when the tank volume repeatedly contracts and expands, the risk of rupture in the relevant area is quite high as fatigue accumulates. To avoid this problem, it is theoretically possible to introduce a design that allows the support to move in response to changes in tank volume, but it is difficult to implement this in practice due to the excessively high complexity and difficulty of the structure.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 탱크가 수축/팽창하더라도 위치가 변화하지 않는 프레임을 포함함으로써, 멤브레인 탱크에도 적용가능할 뿐만 아니라 지지체를 포함하는 독립형 탱크에도 적용가능한 진공단열구조를 가지는, 진공단열 초저온탱크를 제공함에 있다.Therefore, the present invention was created to solve the problems of the prior art as described above, and the object of the present invention is to include a frame whose position does not change even when the tank contracts/expands, so that it is not only applicable to membrane tanks but also supports The aim is to provide a vacuum insulated cryogenic tank having a vacuum insulated structure that can be applied to independent tanks including.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 진공단열 초저온탱크(100)는, 유체가 저장되는 내조탱크(110); 상기 내조탱크(110)를 감싸며, 단열이 가능한 재질로 형성되는 단열층(120); 상기 단열층(120)을 감싸도록 형성되며, 내부를 진공으로 유지하여 외부와의 기밀을 유지하는 진공자켓(130); 상기 진공자켓(130)의 벽면 상에 요철형태로 형성되는 자켓주름(140); 상기 진공자켓(130)의 외형을 지지하도록 형성되는 프레임(150); 을 포함할 수 있다.The vacuum insulated
이 때 상기 진공자켓(130)은 압력변화에 따라 벽면이 수축 또는 팽창하여 변형되되, 상기 프레임(150)은 압력변화에 무관하게 형태를 유지하도록 형성될 수 있다.At this time, the
또한 상기 진공자켓(130)은 압력변화에 따라 벽면 중 상기 프레임(150)에 고정 지지되는 부분 이외의 벽면이 변형되며, 상기 프레임(150)에 고정 지지되는 부분의 벽면은 위치가 고정적으로 유지되도록 형성될 수 있다.In addition, the
또한 상기 자켓주름(140)은, 상기 프레임(150)과 접촉하거나 교차하지 않는 형태로 형성될 수 있다.Additionally, the
또한 상기 자켓주름(140)은, 상기 진공자켓(130)의 벽면 중 상기 프레임(150)으로 구획지어진 면 내에 포함되는 폐곡선 형태로 형성될 수 있다.Additionally, the
또한 상기 자켓주름(140)은, 원 또는 타원 형태로 형성될 수 있다.Additionally, the
또한 상기 자켓주름(140)은, 상기 진공자켓(130)의 벽면 중 상기 프레임(150)으로 구획지어진 면들 중 전체 또는 일부에 형성될 수 있다.Additionally, the
또한 상기 자켓주름(140)은, 상기 진공자켓(130)의 벽면 중 상기 프레임(150)으로 구획지어진 면 하나당 적어도 하나가 형성될 수 있다.Additionally, at least one
또한 상기 자켓주름(140)은, 상기 진공자켓(130)의 벽면 중 상기 프레임(150)으로 구획지어진 면 하나당 복수 개가 형성되는 경우, 서로 접촉하거나 교차하지 않는 형태로 형성될 수 있다.In addition, when a plurality of
또한 상기 자켓주름(140)은, 상기 진공자켓(130)의 벽면 상에서 볼록하게 돌출되거나 오목하게 함몰된 홈 형태로 형성될 수 있다.Additionally, the
또한 상기 자켓주름(140)은, 상기 진공자켓(130)의 벽면 중 상기 프레임(150)으로 구획지어진 면 하나당 복수 개가 형성되는 경우, 하나의 면 내에서 돌출형태로만 형성되거나, 함몰형태로만 형성되거나, 돌출형태 및 함몰형태가 모두 형성될 수 있다.In addition, when a plurality of the
또한 상기 자켓주름(140)은, 상기 진공자켓(130)의 벽면이 계단식으로 볼록하게 돌출되거나 오목하게 함몰되는 형태로 형성될 수 있다.Additionally, the
또한 상기 진공자켓(130)의 벽면 중 상기 프레임(150)으로 구획지어진 면들 중 일부에 상기 자켓주름(140)이 형성될 경우, 상기 자켓주름(140)이 형성되지 않은 벽면은 나머지 벽면에 비해 상대적으로 면적이 좁거나 또는 곡면 형태로 형성될 수 있다.In addition, when the
또한 상기 진공자켓(130)은, 작동환경에서 기설계된 형상 및 부피를 형성하도록, 대기압상온상태에서 기설계된 형상 및 부피보다 팽창되어 큰 형태로 형성될 수 있다.Additionally, the
또한 상기 프레임(150)은, 복수 개의 링크가 연결된 형태로 형성될 수 있다. 이 때 상기 프레임(150)은, 상기 링크들의 연결부가 곡선형태로 형성될 수 있다.Additionally, the
또한 상기 프레임(150)은, 상기 진공자켓(130)의 벽면과 용접연결될 수 있다. 이 때 상기 프레임(150)은, 상기 진공자켓(130)과 연결되는 부분이 상대적으로 얇은 두께를 가지는 프레임날개(155)를 형성할 수 있다.Additionally, the
종래의 진공단열 초저온탱크의 경우 단열층 외부에 탱크의 수축/팽창에 대비하기 위한 주름 구조가 형성되었는데, 멤브레인형 탱크의 경우에는 문제가 없으나 그 위치가 고정되며 단열층을 관통하여 구비되는 지지체를 구비하는 독립형 탱크의 경우 탱크의 수축/팽창 시 지지체 주변에 응력집중 및 피로가 발생하는 문제가 있었다.In the case of a conventional vacuum insulated cryogenic tank, a wrinkle structure was formed on the outside of the insulating layer to prepare for the contraction/expansion of the tank. In the case of a membrane type tank, there is no problem, but the position is fixed and it is provided with a support that penetrates the insulating layer. In the case of independent tanks, there was a problem of stress concentration and fatigue occurring around the support body during tank contraction/expansion.
그러나 본 발명에 의하면, 탱크가 수축/팽창하더라도 그 위치가 변화하지 않는 프레임 구조를 포함함으로써, 기본적으로 멤브레인형 탱크에도 적용가능할 뿐만 아니라 프레임을 지지체로 사용함으로써 독립형 탱크에도 원활하게 적용이 가능한 큰 효과가 있다. 특히 본 발명에서는 프레임에 대응하여 탱크의 수축/팽창이 원활하게 이루어지면서도 프레임 근처에서의 응력집중을 최소화하는 설계를 도입함으로써, 궁극적으로 진공단열 초저온탱크의 구조적 안정성을 크게 향상시켜 주는 큰 효과가 있다.However, according to the present invention, by including a frame structure whose position does not change even when the tank contracts or expands, it can be applied not only to membrane-type tanks, but also to independent tanks by using the frame as a support, which has a great effect. There is. In particular, the present invention introduces a design that minimizes stress concentration near the frame while allowing smooth contraction/expansion of the tank in response to the frame, which ultimately has the great effect of greatly improving the structural stability of the vacuum insulated cryogenic tank. there is.
도 1은 본 발명의 진공단열 초저온탱크의 외면사시도.
도 2는 본 발명의 진공단열 초저온탱크의 단면도.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 진공단열 초저온탱크에서 압력전달에 따른 형상변형과정.
도 6은 본 발명의 진공단열 초저온탱크의 자켓주름 형성위치의 실시예들.
도 7 및 도 8은 본 발명의 진공단열 초저온탱크의 자켓주름의 실시예들.
도 9는 본 발명의 진공단열 초저온탱크의 내조탱크의 다른 실시예.
도 10은 본 발명의 진공단열 초저온탱크의 수축고려 응력저하설계.
도 11 및 도 12는 본 발명의 진공단열 초저온탱크의 프레임의 실시예들.Figure 1 is an external perspective view of the vacuum insulated cryogenic tank of the present invention.
Figure 2 is a cross-sectional view of the vacuum insulated cryogenic tank of the present invention.
Figures 3 to 5 show the shape deformation process according to pressure transfer in the vacuum insulated cryogenic tank of the present invention.
Figure 6 shows examples of jacket wrinkle formation positions of the vacuum insulated cryogenic tank of the present invention.
Figures 7 and 8 show examples of jacket wrinkles of the vacuum insulated cryogenic tank of the present invention.
Figure 9 is another embodiment of the inner tank of the vacuum insulated cryogenic tank of the present invention.
Figure 10 is a stress reduction design considering shrinkage of the vacuum insulated cryogenic tank of the present invention.
Figures 11 and 12 show examples of the frame of the vacuum insulated cryogenic tank of the present invention.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 진공단열 초저온탱크를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, the vacuum insulated cryogenic tank according to the present invention having the above-described configuration will be described in detail with reference to the attached drawings.
도 1은 본 발명의 진공단열 초저온탱크의 외면사시도를, 도 2는 본 발명의 진공단열 초저온탱크의 단면도를 각각 도시하고 있다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 진공단열 초저온탱크(100)는, 내조탱크(110), 단열층(120), 진공자켓(130), 자켓주름(140), 프레임(150)을 포함한다.Figure 1 shows an external perspective view of the vacuum insulated cryogenic tank of the present invention, and Figure 2 shows a cross-sectional view of the vacuum insulated cryogenic tank of the present invention. Referring to Figures 1 and 2, the vacuum insulated
상기 내조탱크(110)는 유체가 저장되는 곳으로, 특히 본 발명의 경우 액화천연가스(LNG)나 액화수소(LH2) 등이 상기 내조탱크(110)에 저장되는 유체의 구체적인 예시가 될 수 있다. 액화천연가스나 액화수소의 경우 각각 비등점이 영하 160/250℃로 엄청나게 낮으며, 이에 따라 온도상승으로 인한 압력상승 문제가 가장 치명적인 문제가 될 수 있다. 따라서 이러한 유체를 안정적으로 저장하기 위해서는 상기 내조탱크(110)는 높은 내압성을 가져야 한다.The
상기 단열층(120)은 상기 내조탱크(110)를 감싸며, 단열이 가능한 재질로 형성된다. 또한 상기 진공자켓(130)은 상기 단열층(120)을 감싸도록 형성되며, 내부를 진공으로 유지하여 외부와의 기밀을 유지한다. 상술한 바와 같이 상기 내조탱크(110)에 저장되는 유체가 액화천연가스나 액화수소인 경우, 외부의 상온으로 인하여 불필요한 증발이 발생하는 것을 막기 위해서는 상기 내조탱크(110)가 외부환경에 대하여 단열이 되어야 함은 자명하다. 상기 단열층(120) 및 상기 진공자켓(130)이 함께 구비됨으로써, 상기 내조탱크(110)는 단열재 및 진공에 의해 외부환경에 대하여 효과적으로 잘 단열될 수 있다.The insulating
상기 단열층(120) 및 상기 진공자켓(130)에 의해 서로 단열되는 공간, 즉 외부공간과 상기 내조탱크(110) 내부공간 간에는 온도차가 매우 극심하다. 따라서 평상시 안정적인 환경에서도 온도, 압력과 같은 환경조건의 변화가 발생될 가능성이 당연하게 있으며, 이에 따라 형상변화의 발생 가능성 역시 있다. 상기 단열층(120)을 형성하는 단열재는 일반적으로 빈 공간을 많이 가지는 다공성 재질 형태로 되는 바 원래부터도 형상변화에 유연하게 대응이 가능하다. 한편 상기 진공자켓(130)은 기밀유지성능이 가장 중요하게 고려되며 내압성은 상대적으로 낮아도 무방하다. 따라서 상기 진공자켓(130)은, 박판으로 형성되되 형상변화에 유연하게 대응할 수 있는 구조를 포함하도록 설계될 수 있다.The temperature difference is very extreme between the space insulated from each other by the
상기 자켓주름(140)은 상기 진공자켓(130)의 벽면 상에 요철형태로 형성되는 것으로, 바로 상술한 바와 같은 형상변화 대응을 위한 구조이다. 상기 진공자켓(130)에 압력변화가 발생할 경우 상기 자켓주름(140)에 형상변화가 집중적으로 일어나게 되며, 따라서 상기 자켓주름(140) 외 나머지 부분은 보다 안정되게 운영될 수 있다.The
이 때 상기 진공단열 초저온탱크(100)가 멤브레인형 탱크인 경우라면 상기 진공자켓(130)의 형상변화, 즉 수축 또는 팽창이 발생하여도 운영에 무리가 없겠지만, 앞서 설명한 바와 같이 독립형 탱크인 경우 문제가 발생한다. 즉 독립형 탱크의 경우 전체를 지지하는 지지체를 포함하며 이 지지체는 가장 튼튼한 부품인 상기 내조탱크(110)와 연결되는데, 이에 따라 지지체가 상기 단열재(120) 및 상기 진공자쳇(130)을 필연적으로 관통 배치되게 된다. 상술한 바와 같이 상기 진공자켓(130)은 안정적인 환경이라 하더라도 반드시 형상변화가 일어나며, 따라서 지지체와 상기 진공자켓(130)의 연결부분에서 과도한 응력집중 및 피로누적이 발생하여 수명 및 내구성을 극히 저하시키는 원인이 된다.At this time, if the vacuum insulated
상기 프레임(150)은 상기 진공자켓(130)의 외형을 지지하도록 형성되는 것으로, 바로 상술한 바와 같은 문제를 해소하기 위한 것이다. 본 발명에서, 상기 진공단열 초저온탱크(100)는, 상기 진공자켓(130)은 압력변화에 따라 벽면이 수축 또는 팽창하여 변형되되, 상기 프레임(150)은 압력변화에 무관하게 형태를 유지하도록 형성된다. 즉 상기 진공단열 초저온탱크(100) 자체에 수축, 팽창 등의 형상변화가 발생한다 할지라도, 상기 프레임(150) 부분은 형상변화가 발생하지 않고 고정적으로 형상을 유지하고 있게 형성되는 것이다. 보다 구체적으로 설명하자면, 상기 진공단열 초저온탱크(100)는, 상기 진공자켓(130)은 압력변화에 따라 벽면 중 상기 프레임(150)에 고정 지지되는 부분 이외의 벽면이 변형되며, 상기 프레임(150)에 고정 지지되는 부분의 벽면은 위치가 고정적으로 유지된다. 이에 따라 상기 진공단열 초저온탱크(100)를 그대로 멤브레인형 탱크로서 활용할 수도 있고, 상기 프레임(150)에 별도의 지지체를 연결함으로써 상기 진공단열 초저온탱크(100)를 독립형 탱크로서 활용할 수도 있게 되어, 탱크 활용도 및 적용처를 훨씬 확장할 수 있게 된다.The
상술한 바와 같은 구조의 간략한 예시로서, 도 1 및 도 2에서와 같이 상기 진공자켓(130)이 대략 직육면체라면 상기 프레임(150)은 직육면체의 각 모서리에 배치되는 링크들의 결합체와 같은 형태로 형성될 수 있다. 물론 이는 하나의 예시일 뿐으로, 예를 들어 상기 진공자켓(130)이 원통형으로 형성될 수도 있으며, 이러한 경우 상기 프레임(150)은 서로 이격 배치되는 적어도 2개의 원형고리 및 원형고리들 사이에 배치되는 복수 개의 직선기둥의 결합체 등과 같은 형태로 형성될 수도 있다. 이처럼 상기 진공자켓(130) 외형의 뼈대를 이루는 형태로서 상기 프레임(150)이 설계되면 충분하며, 즉 일반적으로 상기 프레임(150)은 복수 개의 링크가 연결된 형태로 형성될 수 있다.As a brief example of the structure described above, if the
도 3 내지 도 5는 본 발명의 진공단열 초저온탱크에서 압력전달에 따른 형상변형과정을 설명하기 위한 도면이다. 먼저 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 진공단열 초저온탱크(100)에서는, 외부환경(대기압) → 진공자켓 → 단열층 → 내조탱크 순서로 압력이 전달된다. 가장 내측에 있고 높은 압력을 받는 상기 내조탱크(110)는 내압성이 가장 중요하게 요구되며, 따라서 강성이 높은 재질로 견고하게 만들어지게 된다. 상기 단열층(120)은 본연의 역할 즉 단열성이 가장 중요하게 요구됨은 물론이고, 이와 더불어 역시 압력을 상당히 받기 때문에 내압성도 중요하게 요구된다. 한편 상기 진공자켓(130)의 경우 앞서 설명한 바와 같이 형상변형이 반드시 일어나되, 이러한 형상변형은 상기 자켓주름(140)에 거의 집중되어 일어나기 때문에, (상기 자켓주름(140)을 별도로 생각하면) 상기 진공자켓(130)은 기밀성이 가장 중요하게 요구된다. 상기 자켓주름(140)은 상기 진공자켓(130)의 일부인 만큼 당연히 기밀성도 중요하게 요구되며, 이와 더불어 형상변형을 잘 견뎌낼 수 있도록 내압성도 중요하게 요구된다.Figures 3 to 5 are diagrams for explaining the shape deformation process according to pressure transfer in the vacuum insulated cryogenic tank of the present invention. First, as shown in FIG. 3, in the vacuum insulated
도 3 내지 도 5는, 상기 내조탱크(110)에 액화천연가스, 액화수소 등과 같은 초저온유체가 수용됨에 따라 상기 내조탱크(110)가 온도가 크게 하강할 때의 상기 진공단열 초저온탱크(100)의 형상변화를 순차적으로 도시한 것으로, 도 3이 아직 전체적인 형상변형이 일어나기 전의 상태에 해당한다. 도 4는 도 3보다 좀더 시간이 경과한 상태로서, 상기 내조탱크(110)에 초저온유체가 수용됨에 따라 급격한 온도하강으로 인하여 먼저 상기 내조탱크(110)가 수축하고, 상기 단열층(120)도 일부 수축한 상태를 도시하고 있다. 즉 도 4는 아직 상기 진공자켓(130)은 변형되기 전 상태이며, 따라서 상기 단열층(120) 및 상기 진공자켓(130) 사이에 빈 공간이 형성되게 된다. 이 상태에서 대기압에 의해 상기 진공자켓(130)도 상기 내조탱크(110) 쪽으로 압력을 받게 되며, 이에 따라 최종적으로 상기 진공자켓(130)도 도 5와 같은 상태로 수축된다. 이 때 상기 진공자켓(130)의 전체적인 형상이 수축됨에 따라 어딘가는 팽창해야 하는데, 여기에서 팽창분을 담당하는 것이 상기 자켓주름(140)이다. 즉 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 자켓주름(140)은 원래 점선으로 표시된 크기였으나 상기 진공자켓(130)의 수축으로 인하여 실선으로 표시된 크기로 팽창하게 되는 것이다.3 to 5 show the vacuum insulated
한편 이러한 과정에서, 도 3 내지 도 5에서 확인할 수 있는 바와 같이 상기 프레임(150)에서는 형상변형이 일어나지 않는다. 즉 압력, 온도 등의 환경변화가 발생한다 할지라도 상기 프레임(150)은 형상 및 위치가 고정적으로 유지된다. 이에 따라 앞서 설명한 바와 같이, 상기 프레임(150)에 지지체를 연결함으로써 상기 진공단열 초저온탱크(100)를 독립형 탱크로서 활용하는 것도 가능하게 되는 것이다.Meanwhile, during this process, as can be seen in FIGS. 3 to 5, no shape deformation occurs in the
이하에서는 도 6 내지 도 8을 참조하여 상기 진공단열 초저온탱크(100)의 상기 자켓주름(140)에 대하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the
앞서 설명한 바와 같이, 상기 진공단열 초저온탱크(100)의 외면은 상기 진공자켓(130) 및 그 외형을 지지해 주는 뼈대 형상의 상기 프레임(150)을 포함하여 구성된다. 이 때 환경변화에 의하여 상기 진공자켓(130)이 변형되더라도 상기 프레임(150)은 변형되지 않는다. 또한 상기 진공자켓(130)의 형상변형은 상기 진공자켓(130) 상에 형성된 상기 자켓주름(140)에 집중되어 발생하게 된다.As described above, the outer surface of the vacuum insulated
이러한 사항을 고려할 때, 형상변형을 많이 일으키는 상기 자켓주름(140)은 형상변형이 발생하지 않는 상기 프레임(150)과 접촉하거나 교차하지 않는 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 상기 자켓주름(140)은, 앞서 도 1 등에도 잘 나타난 바와 같이, 상기 진공자켓(130)의 벽면 중 상기 프레임(150)으로 구획지어진 면 내에 포함되는 폐곡선 형태로 형성될 수 있다. 물론 이 때 응력집중을 줄일 수 있도록, 상기 자켓주름(140)은 원 또는 타원 형태로 형성되는 것이 바람직하다.Considering these matters, it is preferable that the
한편 도 1 내지 도 5에서는, 상기 진공자켓(130)의 벽면 중 상기 프레임(150)으로 구획지어진 면들 전체, 즉 모든 면에 상기 자켓주름(140)이 형성되는 실시예를 도시하였다. 그러나 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 상기 자켓주름(140)은 상기 진공자켓(130)의 벽면 중 상기 프레임(150)으로 구획지어진 면들 중 일부에 형성되어도 된다. 도 6은 본 발명의 진공단열 초저온탱크의 자켓주름 형성위치의 실시예들을 도시한 것으로, 상술한 바와 같이 일부 면에만 상기 자켓주름(140)이 형성된 실시예들이다. 도 6의 상측도면의 경우 상기 진공자켓(130)이 도 1 내지 도 5와 유사한 직육면체 형상이되 한쪽 방향의 면이 상대적으로 매우 좁게 형성되는 경우이다. 이러한 경우 상대적으로 넓은 면적의 면에서 형상변형이 더 활발하게 발생할 것이 자명하므로, 넓은 면적의 면에만 상기 자켓주름(140)을 형성하고 좁은 면적의 면에는 상기 자켓주름(140)이 형성되지 않게 할 수 있다. 도 6의 하측도면의 경우 상기 진공자켓(130)이 측면은 원통형이고 양쪽 상면은 볼록한 곡면 형태로 형성되는데, 이러한 경우 곡면 형태가 이미 내압설계형상이기 때문에 곡면 부분에는 상기 자켓주름(140)을 더 형성하지 않아도 된다. 즉 정리하자면, 상기 진공자켓(130)의 벽면 중 상기 프레임(150)으로 구획지어진 면들 중 일부에 상기 자켓주름(140)이 형성될 경우, 상기 자켓주름(140)이 형성되지 않은 벽면은 나머지 벽면에 비해 상대적으로 면적이 좁거나 또는 곡면 형태로 형성될 수 있다.Meanwhile, Figures 1 to 5 show an embodiment in which the
한편 상기 자켓주름(140)은, 상기 진공자켓(130)의 벽면 중 상기 프레임(150)으로 구획지어진 면 하나당 적어도 하나가 형성될 수 있다. 즉 하나의 면에 상기 자켓주름(140)이 하나만 형성되어도 되고, 또는 복수 개가 형성되어도 된다. 하나의 면에 상기 자켓주름(140)이 복수 개 형성되는 경우, 도 1 등의 실시예에 도시된 바와 같이, 복수 개의 상기 자켓주름(140)은 서로 접촉하거나 교차하지 않는 형태로 형성되는 것이 바람직하다.Meanwhile, at least one
도 7 및 도 8은 본 발명의 진공단열 초저온탱크의 자켓주름의 실시예들을 도시한 것으로, 상기 자켓주름(140)의 여러 형상들의 다양한 형태를 도시하고 있다.Figures 7 and 8 show examples of jacket wrinkles of the vacuum insulated cryogenic tank of the present invention, and show various shapes of the
먼저 상기 자켓주름(140)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 진공자켓(130)의 벽면 상에서 볼록하게 돌출되거나 오목하게 함몰된 홈 형태로 형성될 수 있다. 또한 상기 진공자켓(130)의 벽면 중 상기 프레임(150)으로 구획지어진 면 하나당 복수 개가 형성되는 경우, 하나의 면 내에서 돌출형태로만 형성되거나, 함몰형태로만 형성되거나, 돌출형태 및 함몰형태가 모두 형성될 수 있다. 도 7에서 A 표시부분은 자켓주름들이 모두 돌출형태인 경우, B 표시부분은 모두 함몰형태인 경우, C 표시부분은 돌출형태 및 함몰형태가 혼합된 경우를 각각 도시한 것이다.First, the
또는 상기 자켓주름(140)은, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 진공자켓(130)의 벽면이 계단식으로 볼록하게 돌출되거나 오목하게 함몰되는 형태로 형성될 수 있다. 도 8에서 D 표시부분은 계단식으로 오목하게 함몰되는 경우, E 표시부분은 계단식으로 볼록하게 돌출되는 경우를 각각 도시한 것이다.Alternatively, the
이하에서는 상기 진공단열 초저온탱크(100)의 부가적인 각부 세부구성에 대하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the detailed configuration of each additional part of the vacuum insulated
도 9는 본 발명의 진공단열 초저온탱크의 내조탱크의 다른 실시예를 도시한 것이다. 앞서의 도면들에서는 상기 내조탱크(110)가 직육면체에 가까운 형상으로 형성되는 실시예로 도시되었으나, 상기 내조탱크(110)는 충분한 내압성능을 가지기만 한다면 그 형상은 다양하게 변경 실시될 수 있다. 도 9에서는 상기 내조탱크(110)가 구 형태인 경우의 실시예를 도시하고 있다.Figure 9 shows another embodiment of the inner tank of the vacuum insulated cryogenic tank of the present invention. In the previous drawings, the
도 10은 본 발명의 진공단열 초저온탱크의 수축고려 응력저하설계를 설명하기 위한 것이다. 보다 쉽게 풀어서 설명하자면 다음과 같다. 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 진공단열 초저온탱크(100)는 궁극적으로 액화천연가스나 액화수소와 같은 초저온유체를 안정적으로 저장하기 위한 것이다. 즉 상기 진공단열 초저온탱크(100)의 평상시 작동환경은 초저온상태라고 볼 수 있다. 한편 상기 진공단열 초저온탱크(100)의 제작환경은 당연히 일반적인 상온상태이다. 따라서 제작환경에서 기설계된 형상 및 부피를 형성하게 할 경우, 실제 작동환경에서는 상기 진공단열 초저온탱크(100)는 필연적으로 수축된 상태가 된다. 즉 작동환경에서 실질적으로 기설계된 형상 및 부피를 형성하지도 못할 뿐만 아니라 수축됨에 따라 응력이 상당히 높게 형성된 상태가 되는 것이다. 이 때, 도 10에 도시된 바와 같이 제작환경 즉 대기압상온상태에서 기설계된 형상 및 부피보다 팽창되어 큰 형태로 형성되게 할 경우, 작동환경 즉 진공저온상태에서는 상기 진공단열 초저온탱크(100)가 수축됨에 따라 기설계된 형상 및 부피를 올바르게 형성할 수 있게 된다. 물론 이에 따라 작동환경 즉 진공저온상태에서 도 1 내지 도 9와 같은 식으로 외면이 평면을 형성하게 되므로 평상시의 응력을 종래보다 저감할 수 있는 효과도 얻을 수 있다.Figure 10 is for explaining the stress reduction design considering shrinkage of the vacuum insulated cryogenic tank of the present invention. To explain it more easily, it is as follows. As described above, the vacuum insulated
도 11 및 도 12는 본 발명의 진공단열 초저온탱크의 프레임의 실시예들을 도시한 것이다. 앞서 상기 프레임(150)은 복수 개의 링크가 연결된 형태로 형성될 수 있다고 설명하였다. 이 때 상기 링크들의 연결부가 날카로운 형태로 형성될 경우 응력이 집중되어 해당 부분에서 파손이 일어날 위험성이 있으므로, 도 11의 F 표시부분에 도시된 바와 같이, 상기 링크들의 연결부가 곡선형태로 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 이와 더불어, 상기 프레임(150)은 상기 진공자켓(130)의 벽면과 용접연결되는데, 이 연결부에서도 응력집중을 완화할 수 있도록 할 필요가 있다. 이에 따라 도 12에 도시된 바와 같이 상기 프레임(150)에서 상기 진공자켓(130)과 연결되는 부분이 상대적으로 얇은 두께를 가지는 프레임날개(155)를 형성하도록 하는 것이 바람직하다.Figures 11 and 12 show examples of the frame of the vacuum insulated cryogenic tank of the present invention. It was previously explained that the
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and its scope of application is diverse, and anyone skilled in the art can understand it without departing from the gist of the invention as claimed in the claims. Of course, various modifications are possible.
100 : 진공단열 초저온탱크
110 : 내조탱크 120 : 단열층
130 : 진공자켓 140 : 자켓주름
150 : 프레임 155 : 프레임날개100: Vacuum insulated cryogenic tank
110: inner tank 120: insulation layer
130: Vacuum jacket 140: Jacket wrinkles
150: Frame 155: Frame wings
Claims (18)
상기 내조탱크(110)를 감싸며, 단열이 가능한 재질로 형성되는 단열층(120);
상기 단열층(120)을 감싸도록 형성되며, 내부를 진공으로 유지하여 외부와의 기밀을 유지하는 진공자켓(130);
상기 진공자켓(130)의 벽면 상에 요철형태로 형성되는 자켓주름(140);
상기 진공자켓(130)의 외형을 지지하도록 형성되는 프레임(150);
을 포함하여,
상기 진공자켓(130)이 압력변화에 따라 벽면이 수축 또는 팽창하여 변형되되, 상기 프레임(150)은 압력변화에 무관하게 형태를 유지하도록 형성되며,
상기 자켓주름(140)은, 상기 프레임(150)과 접촉하거나 교차하지 않는 형태로서, 상기 진공자켓(130)의 벽면 중 상기 프레임(150)으로 구획지어진 면 내에 포함되는 폐곡선 형태로 형성되고,
상기 자켓주름(140)은, 상기 진공자켓(130)의 벽면 중 상기 프레임(150)으로 구획지어진 면들 중 일부에 형성되되, 상기 자켓주름(140)이 형성되지 않은 벽면은 나머지 벽면에 비해 상대적으로 면적이 좁거나 또는 곡면 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 진공단열 초저온탱크.
An inner tank (110) in which fluid is stored;
An insulating layer 120 surrounding the inner tank 110 and made of a material capable of insulating;
A vacuum jacket 130 formed to surround the insulation layer 120 and maintains airtightness from the outside by maintaining a vacuum inside;
Jacket wrinkles 140 formed in an uneven shape on the wall of the vacuum jacket 130;
A frame 150 formed to support the outer shape of the vacuum jacket 130;
Including,
The vacuum jacket 130 is deformed by shrinking or expanding the wall according to pressure changes, but the frame 150 is formed to maintain its shape regardless of pressure changes,
The jacket wrinkles 140 do not contact or intersect the frame 150, and are formed in the form of a closed curve included in a surface defined by the frame 150 among the walls of the vacuum jacket 130,
The jacket wrinkles 140 are formed on some of the walls of the vacuum jacket 130 divided by the frame 150, and the wall on which the jacket wrinkles 140 are not formed is relatively small compared to the remaining walls. A vacuum insulated cryogenic tank characterized in that it has a narrow area or is formed in a curved shape.
상기 진공자켓(130)은 압력변화에 따라 벽면 중 상기 프레임(150)에 고정 지지되는 부분 이외의 벽면이 변형되며, 상기 프레임(150)에 고정 지지되는 부분의 벽면은 위치가 고정적으로 유지되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 진공단열 초저온탱크.
According to clause 1,
The wall surface of the vacuum jacket 130 other than the part fixed and supported by the frame 150 is deformed according to pressure changes, and the wall surface of the part fixed and supported by the frame 150 is formed to maintain a fixed position. A vacuum insulated cryogenic tank characterized by being.
원 또는 타원 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 진공단열 초저온탱크.
The method of claim 1, wherein the jacket wrinkles (140) are:
A vacuum insulated cryogenic tank characterized in that it is formed in a circle or oval shape.
상기 진공자켓(130)의 벽면 중 상기 프레임(150)으로 구획지어진 면 하나당 적어도 하나가 형성되는 것을 특징으로 하는 진공단열 초저온탱크.
The method of claim 1, wherein the jacket wrinkles (140) are:
A vacuum insulated cryogenic tank, characterized in that at least one wall of the vacuum jacket 130 is formed on each side divided by the frame 150.
상기 진공자켓(130)의 벽면 중 상기 프레임(150)으로 구획지어진 면 하나당 복수 개가 형성되는 경우, 서로 접촉하거나 교차하지 않는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 진공단열 초저온탱크.
The method of claim 8, wherein the jacket wrinkles (140) are:
A vacuum insulated cryogenic tank, characterized in that when a plurality of wall surfaces of the vacuum jacket 130 are formed on each side divided by the frame 150, they are formed in a form that does not contact or intersect each other.
상기 진공자켓(130)의 벽면 상에서 볼록하게 돌출되거나 오목하게 함몰된 홈 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 진공단열 초저온탱크.
The method of claim 8, wherein the jacket wrinkles (140) are:
A vacuum insulated cryogenic tank, characterized in that it is formed in the form of a convexly protruding or concavely recessed groove on the wall of the vacuum jacket 130.
상기 진공자켓(130)의 벽면 중 상기 프레임(150)으로 구획지어진 면 하나당 복수 개가 형성되는 경우, 하나의 면 내에서 돌출형태로만 형성되거나, 함몰형태로만 형성되거나, 돌출형태 및 함몰형태가 모두 형성되는 것을 특징으로 하는 진공단열 초저온탱크.
The method of claim 10, wherein the jacket wrinkles (140) are:
When a plurality of wall surfaces of the vacuum jacket 130 are formed on each side divided by the frame 150, they are formed only in a protruding form, only in a recessed form, or both in a protruding form and in a recessed form within one wall. A vacuum insulated cryogenic tank characterized by being.
상기 진공자켓(130)의 벽면이 계단식으로 볼록하게 돌출되거나 오목하게 함몰되는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 진공단열 초저온탱크.
The method of claim 8, wherein the jacket wrinkles (140) are:
A vacuum insulated cryogenic tank, characterized in that the wall surface of the vacuum jacket 130 is formed in a stepwise convex protrusion or concave depression.
작동환경에서 기설계된 형상 및 부피를 형성하도록,
대기압상온상태에서 기설계된 형상 및 부피보다 팽창되어 큰 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 진공단열 초저온탱크.
The method of claim 1, wherein the vacuum jacket 130 is:
To form a pre-designed shape and volume in the operating environment,
A vacuum insulated cryogenic tank characterized in that it expands and forms a larger shape than the previously designed shape and volume at atmospheric pressure and room temperature.
복수 개의 링크가 연결된 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 진공단열 초저온탱크.
The method of claim 1, wherein the frame 150 is:
A vacuum insulated cryogenic tank characterized in that it is formed in a form in which a plurality of links are connected.
상기 링크들의 연결부가 곡선형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 진공단열 초저온탱크.
The method of claim 15, wherein the frame 150 is:
A vacuum insulated cryogenic tank, characterized in that the connecting portion of the links is formed in a curved shape.
상기 진공자켓(130)의 벽면과 용접연결되는 것을 특징으로 하는 진공단열 초저온탱크.
The method of claim 1, wherein the frame 150 is:
A vacuum insulated cryogenic tank, characterized in that it is connected to the wall of the vacuum jacket 130 by welding.
상기 진공자켓(130)과 연결되는 부분이 상대적으로 얇은 두께를 가지는 프레임날개(155)를 형성하는 것을 특징으로 하는 진공단열 초저온탱크.The method of claim 17, wherein the frame 150 is:
A vacuum insulated cryogenic tank, characterized in that the portion connected to the vacuum jacket 130 forms frame wings 155 having a relatively thin thickness.
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