KR20100126869A

KR20100126869A - 초저온 탱크의 진공 밀폐기술

Info

Publication number: KR20100126869A
Application number: KR1020090045268A
Authority: KR
Inventors: 윤상국
Original assignee: 한국해양대학교 산학협력단
Priority date: 2009-05-25
Filing date: 2009-05-25
Publication date: 2010-12-03

Abstract

본 발명은 초저온 액체를 저장하는 이중 탱크에 있어서 내외통 사이에 진공단열이 적용되는 탱크 형식의 진공유지 기술에 관한 것으로, 진공을 유지하기 위하여 진공튜브, 진공콕크 또는 진공밸브를 사용하는 기존의 방식 대신에, 용접식 진공밀폐 방식을 고안하여 진공을 영구적으로 유지할 수 있도록 한 것이다.

본 발명의 용접식 밀폐 방식은 진공을 유지하는 진공튜브와 진공콕크 부에 차단덮게를 가설하여 진공튜브와 차단덮게를 용접함으로써 공기 유입을 완전 밀폐시키는 것이다. 또한 진공튜브 속에 삽입된 진공콕크와 차단덮게 사이에는 불연재를 충전하여 용접열의 전달을 차단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 종래의 방식에 비하여 초저온 탱크의 진공단열 기능을 초기 제작 상태와 동일하게 유지할 수 있고, 영구히 진공을 유지할 수 있어 초저온 탱크 내부의 액체를 장기간 저장할 수 있는 장점을 지니는 매우 효과적인 진공유지 단열 기술이 된다.

초저온 탱크, 이중 탱크, 초저온 액체, 진공단열, 진공유지

Description

초저온 탱크의 진공 밀폐기술{Vacuum Protection Technology of Cryogenic Tank}

도 1은 기존의 진공유지용 진공튜브 및 삽입형 진공콕크 사시도

도 2는 본 고안에 따른 실시 예의 완전 밀폐형 진공유지 장치를 도시한 사시도

100 : 탱크 외통 110 : 탱크 내통

120 : 진공튜브 130 : 진공공간

140 : 진공콕크 200 : 차단덮게

210 : 용접부 220 : 불연재

도 3은 본 고안에 따른 또 다른 실시 예의 사시도

본 발명은 초저온 액체를 저장하는 이중 탱크에 있어서 내외통 사이에 진공이 적용되는 탱크의 진공유지 기술에 관한 것으로, 진공을 유지하기 위하여 진공튜브, 진공콕크 또는 진공밸브를 사용하는 기존의 방식 대신에, 용접식 완전 진공밀폐 방식을 고안하여 진공을 영구적으로 유지할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 초저온 유체인 액체질소(-196℃), 액체산소(-183℃), 액체알곤(-186℃), 액화천연가스(LNG,-162℃), 액체수소(-253℃) 등을 저장하는 탱크는 모두 내통과 외통의 이중 탱크로 제작되어 지며, 이 이중 탱크의 내통과 외통 사이는 외부의 열유입을 차단하기 위하여 단열재가 충전되어 진다. 중대형 탱크의 단열은 펄라이트(Perlite) 분말을 충전하고 진공을 10^-2Torr로 유지하는 펄라이트분말 진공단열을 적용하고 있으며, 활어차용 등으로 보급되고 있는 소형 탱크나 LNG차량용 연료탱크는 펄라이트분말 진공단열보다 100배 단열효과가 큰 수퍼단열(Super insulation)로 10^-5Torr의 고진공이 적용되고 있다.

이러한 대소형 이중 탱크의 진공을 유지하기 위한 국내외의 종래 기술을 보면, 내통(110)과 외통(100) 사이에 진공을 형성하기 위하여 외통(100)에 스테인레스 스틸로 제작된 진공튜브(120)가 장착된다. 이 진공튜브에 진공펌프를 연결하여 진공을 생성시킨 후, 진공튜브 속으로 고무 'O'링(150)이 장착된 진공콕크(140)를 삽입하여 내부 공간의 진공(130)과 외부 공기를 차단시키고 있다. 또는 진공밸브를 장착하여 진공을 형성한 후 공기유입을 차단하고 있다.

그러나, 이러한 진공콕크나 차단밸브 형식은 진공콕크의 고무 'O'링 등이 시간이 지남에 따라 노화가 발생하여 공기가 유입되어 진공단열이 저하되거나 조작의 실수 등으로 진공이 파괴되는 문제를 지니고 있다.

특히 LNG 차량용 연료탱크 경우는 차량의 지속적인 진동으로 인하여 콕크의 수명이 짧아지는 문제를 갖으며, 단열이 파괴되면 외부 열유입으로 인하여 급격한 액체의 가스화로 탱크 내 압력이 상승하게 되고 잦은 기체의 대기로의 방출이 발생하게 되어 위험성을 갖게 된다. 또한 차량 충전소의 LNG 저장탱크, 액체알곤, 액체산소, 액체질소 등의 탱크도 진공의 손실로 급격한 기화 발생의 문제를 지니고 있다.

그러므로 이러한 초저온 탱크의 진공단열에 있어서는 외기와 진공부를 완전히 차단하여 진공을 영구히 유지할 수 있는 기술이 요구되고 있다.

또한, 선행 특허기술을 보면 필름식 진공유지 방법이 주를 이루며 일부 보온병 진공유지나 초저온 유체의 운송용 배관의 용접 차단이 있으나, 본 발명인 불연재를 충전한 진공튜브와 진공콕크의 용접 단열유지 기술은 전혀 새로운 고안이 된다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 초저온 액체를 저장하는 이중 탱크에 있어서 내외통 사이에 진공이 적용되는 탱크의 진공유지를 위하여 진공튜브, 진공콕크 또는 진공밸브를 사용하는 기존의 방식 대신에, 용접식 진공밀폐 방식을 고안하여 진공을 유지할 수 있도록 한 것이다.

용접식 진공밀폐 기술은 기존의 기술과 동일하게 진공콕크를 사용하면서 불연재의 충전과 덮게부를 고안하여 용접 밀폐시키는 기술이다. 이때 해결하여야 할 기술적 과제는 용접열에 의한 고무 'O'링의 손상을 막는 기술이 주요한 기술이 된다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 초저온 액체를 저장하는 이중 탱크에 있어서 내외통 사이에 진공을 유지하기 위하여 진공튜브, 진공콕크 또는 진공밸브를 사용하는 기존의 방식 대신에, 용접식 진공밀폐 방식을 고안하여 진공을 영구적으로 유지할 수 있도록 한 것이다.

이하 대표적 실시 예로 용접식 진공밀폐 장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 방법 및 구조를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 용접식 진공밀폐 장치의 구성도이다.

상기 용접식 진공밀폐 시스템 구성을 보면, 내통(110)과 외통(100)으로 이루어진 2중 탱크의 외통(100)에 스테인레스 스틸로 제작된 진공튜브(120)가 장착된다. 이 진공튜브(120)는 용접열이 미치지 않도록 충분한 길이로 제작된다. 이 길이가 긴 진공튜브(120) 하부에 진공콕크(140)가 위치되고, 진공콕크와 차단덮게(200) 사이에는 불연재(220)가 충전된다.

그 원리를 보면, 내통과 외통 사이 공간(130)의 진공을 유지하기 위하여 외통(100)에 설치된 길이가 긴 진공튜브에 진공콕크를 깊이 삽입시키고 그 위에 불연재를 충전한 다음, 차단덮게를 덮는다. 진공콕크(120)와 차단덮게(200)는 용접(210)으로 접합하여 밀폐시킨다. 용접작업 중 발생하는 열은 진공튜브(120)부와 불연재(220)를 통하여 전달된다. 이 때 불연재로 전달되는 열은 불연재의 매우 낮은 열전도도로 인하여 전열이 차단되고, 진공튜브부(120-1)로 전달된 열은 진공튜브에 용접되어 접하고 있는 외통부(100)로 전달되며, 일부가 진공공간에 삽입된 진공튜브부(120-2)로 전열된다.

이 용접열의 분산과 불연재의 열차단 효과로 인하여 진공튜브(120) 속에 설치된 진공콕크(140)의 고무 'O'링(150)의 손상이 발생하지 않게 된다.

진공콕크와 차단덮게 사이의 공간에 충전된 대표적 불연재(220)로는 석고분말, 벽돌이나 기와분말, 석면분말, 유리, 시멘트모르타르 분말, 펄라이트 등 석재분말, 회, 그라스울, 미네랄울, 시멘트분말 등 열전도도 값이 매우 적고 불에 연소되지 않는 재료가 적용되어 진다. 진공튜브의 재질은 스테인레스 스틸만이 아니라 알루미늄 등 다양한 재료가 사용될 수 있음은 자명한 일이다.

또한, 상기한 진공콕크부의 구조는 일자형 단일 원관(Tube) 형태뿐만 아니라 열전달을 저하시키기 위하여 각종 변형된 형태의 구조를 갖을 수 있다.

이의 대표적 실시 예로 도 3과 같은 또 다른 구조의 구성을 설명한다. 도 3은 2개로 분리된 제1진공콕크(120-1)와 제2진공콕크(120-2) 사이에 열전달을 차단할 수 있는 열전도도의 값이 매우 적은 고분자 물질(250)이 삽입되어 진다. 이 고분자 물질은 각종 플라스틱류, 테프론 블록 등이 적용되는 것으로, 이와 같이 각종 변형된 진공콕크 형태가 있을 수 있다.

이는 다음의 청구범위에서 정의하는 기술사상의 범주인 이중 탱크의 진공유지를 위하여 불연재를 충전한 용접식 진공콕크 원리를 적용한 각종 변형된 형태의 구조들이 포함된다는 것을 밝혀둔다.

본 발명은 초저온 액체나 기체를 저장을 위하여 이중탱크 사이에 진공을 적용하는 각종 정치식 초저온 탱크뿐만 아니라, 초저온 유체를 운반하는 탱크로리, LNG차량용 연료탱크, 액체수소용 연료탱크, LNG운송용 선박 등에 널리 적용될 수 있다.

본 발명은 초저온 액체를 저장하는 이중 탱크에 있어서 내외통 사이에 진공을 유지하기 위하여 진공튜브, 진공콕크 또는 진공밸브를 사용하는 기존의 방식 대신에, 용접식 진공밀폐 방식을 고안하여 진공을 영구적으로 유지할 수 있도록 한 것이다.

이 발명의 효과로는 종래 기술인 고무 'O'링을 사용하는 진공콕크나 진공밸브의 진공유지 방식은 노화로 인한 누설이 발생하는 반면에, 본 발명은 용접으로 공기의 누설을 완전히 차단함으로써 단열이 영구히 유지되는 효과를 갖는다. 이는 저장탱크 내의 초저온 유체가 오랫동안 액체로 저장할 수 있는 장점을 제공하는 것이다.

특히 펄라이트분말 진공단열이 적용되고 있는 정치식 LNG저장탱크는 LNG가 연소 및 폭발성이 있는 액체로 탱크 내부에서 기화로 인하여 압력이 차면 대기로 방출되어 위험을 초래할 수 있어 단열성능이 매우 중요한 인자가 된다. 이러한 설비에 본 발명은 진공을 영구히 유지할 수 있어 단열성능을 지속적으로 유지할 수 있으므로 안전성에 크게 기여하는 효과를 제공하게 된다.

그리고 산업계 용접에 널리 사용되고 있는 액체알곤 경우는 액체질소나 액체산소보다 1.5배 이상 고가격으로, 탱크내 기화로 인하여 잦은 대기 방출이 발생하여 경제적 손실이 큰 실정이다. 본 발명으로 탱크 펄라이트분말 진공단열의 진공 단열효과을 영구히 유지할 수 있어 에너지절약 효과를 제공하게 된다.

한편, 단열효과가 기존 방식보다 100 ~ 1,000배 큰 수퍼단열(Super insulation)의 경우, 시간에 따른 진공파괴의 단점으로 인하여 널리 적용되지 못하고 있다. 그러나, 본 발명기술을 통하여 각종 LNG설비 즉 LNG대형 저장탱크, LNG선박 등에 진공단열을 널리 적용할 수 있을 것이며, 이들 설비의 안전성, 효율성, 단열효과를 크게 향상시키는 매우 효과적 기술이 된다.

또한 가정용 냉장고, 상업용 및 산업용 각종 진공단열이 요구되는 설비의 단열에 진공단열을 적용할 수 있어 국가의 에너지절약에 크게 기여할 수 있을 것으로 본 개발은 국가적으로 매우 유용한 발명이 된다.

Claims

초저온 액체를 저장하기 위하여 내통과 외통의 이중으로 이루어진 탱크의 단열을 위하여 진공을 유지시키는 기술에 있어서, 진공튜브 내부에 진공콕크를 위치시키고 불연재를 충전하여 진공튜브를 용접으로 밀폐시키는 것을 특징으로 하는 진공유지 방법
제 1항에 있어서, 상기 용접식 진공밀폐장치의 진공튜브는 원형 튜브식이나 고분자물질 삽입식 혹은 기타 물질을 혼합, 구성하여 용접으로 진공을 차단하는 진공유지 방법.