KR20170054988A - 탱크 - Google Patents

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KR20170054988A
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케이-필립 베흐루지
프란세스코 드 로제
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에어버스 데에스 게엠베하
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Abstract

극저온 액체를 저장하기 위한 탱크가 개시되며, 상기 탱크는 극저온 액체를 수용하기 위하여 하부 영역과 상부 영역을 갖는 하나 이상의 수집 용기, 액체를 공급 및 배출하기 위한 하나 이상의 수단, 및 가스를 공급 및 배출하기 위한 하나 이상의 수단을 포함하고, 탱크는 단열 재료로 제조된 하나 이상의 프레임 구조물을 추가로 갖는다.

Description

탱크{TANK}
본 발명은 탱크 또는 탱크 시스템, 특히 탱커(tanker) 내의 극저온 액체를 운반하기 위한 탱크에 관한 것이다.
물에 의한 액체 가스의 이송은 공정에서 고려되는 사람들로부터의 다양한 지식 및 경험에 따라 배치 시에 탱커, 익스포트 및 임포트 터미널의 네트워크를 갖는 산업상 브랜치 내에서 수행된다. 가스 탱커는 이들이 기름 및 화학물과 같이 벌크 액체를 이송하기 위하여 사용되는 다른 탱크와 구분되는 특정 특징부가 설치된다.
액체 탱커는 고정되게 설치된 카고 탱크 내의 산적 화물로서 액화 가스의 해양 운반을 위해 사용되고 파이프라인 내에서 액체 가스의 이송에 대한 유연한 대체물이다. 공업용 가스(technical gas)와는 달리, 이송된 가스는 주요하게 액화 천연 가스(LNG - 액화 천연 가스) 및 액화 가스(LPG - 액화 석유 가스)를 포함한다.
액화 가스용 선박 탱크는 기본적으로 두 가지의 카테고리로 분할될 수 있다. 각주형 멤브레인 탱크와 같은 "비-독립식 탱크" 및 예를 들어 MOSS 탱크와 같은 "독립식 탱크"가 제공된다. 멤브레인 탱크는 구형 MOSS 탱크에 비해 허용가능 공간을 더 양호하게 이용하고 외부 선박 기하학적 형상에 적합해지는 특징으로 구성된다. 전술된 MOSS 시스템과 비교하여, 이에 따라 이들 선박이 동일한 중량 하에서 더욱 경량 또는 더욱 소형으로 구성된다. 그러나, 이에 따른 단점으로는 10% 내지 70% 충전 수둔의 부분 하중이 허용불가능한 데 있으며, 이는 액체의 출렁거림의 움직임이 탱크 벽을 손상시킬 수 있기 때문이다. 추가로, 탱크 상에서의 가능한 가압은 작다. 극저온 액체는 이에 따라 대략 주위 압력에서만 이송될 수 있다. 구형 탱크 내에 저장될 때와 상반되게, 이는 이송 중에 포화 상태에서 과냉각되지 않고, 이에 따라 상승된 증발 손실에 의해 손상된다. 통상적인 증발 속도는 대략 0.15%/하루이다. 증발 손실을 최소화하는 것은 이 이송 용기에 대한 일차 목표이다. 액체 이송 효율 및 잠재적으로 환경에 대한 부담(burden)은 상당히 증발 손실에 의존된다.
도 1 및 도 2는 기본적인 각주 형상(2)을 갖는 종래의 멤브레인 탱크(membrane tank, 1)를 도시한다. 멤브레인은 재료 특성 및 적절히 배열된 접힘부 및 비드로 인해 더 높은 온도-유도 팽창을 흡수할 수 있도록 구성된다. 예를 들어, -164°C 내지 -161°C의 온도가 적하물과 같이 주어진 LNG(액화 가스)의 이송 중에 발생된다. 탱크 내의 온도는 40°C 이상으로 도달될 수 있고 선박은 조선소에 정박된다.
내부, 소위 "펌프 타워" 상에 배열된 라인(3)은 멤브레인 탱크(1)를 충전 및 비우기 위하여 사용된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 전형적인 액화 가스 탱커는 "코퍼댐"으로 불리는 중간 영역(4)에 의해 서로 분리되는 일련의 복수의 각주형 탱크(1)로 구성된다. 이들 중간 영역(4)에서의 온도는 일반적으로 과냉각된 액체보다 높다.
각주형 형상(2)으로 인해, 이들 멤브레인 탱크(1)는 액체의 출렁거림 움직임에 상당히 영향을 받으며, 이에 따라 출렁거리는 힘이 발생될 수 있는 모서리 및 에징 인접한 위치에서 손상이 발생될 수 있다.
일반적으로, 출렁거리는 힘은 다양한 배플(baffle)을 추가로 설치함으로써 감소될 수 있는 것으로 공지되었다. 예를 들어, WO 2011/129770 A1호는 자유 액체 표면이 추가 플레이트를 포함함으로써 안정화되는 시스템을 기재한다. WO 2011/129770 A1호는 탱크의 모서리에서 출렁거리는 힘을 감소시키기 위한 시스템을 제공함으로써 이러한 문제점을 주목한다.
일반적으로, 이러한 댐핑 시스템은 이 시스템이 증발 속도를 증가시키기 위해 단열 벽 구조물이 제공되는 것을 특징으로 한다. 사실 상, 열교(heat bridge)는 탱크의 단열 효과로 인해 전도되지 않는다. 추가로, 탱크(1)의 충전 라인(3)에 따라 추가 열이 침투되도록 허용된다.
탱크 내로 침투하는 대부분의 열은 탱크 내에 저장된 액체보다 더 고온인 탱크 내로 침투하는 대부분의 열은 탱크 커버(5)를 통과한다. 이들 표면이 출럼거림 운동에 의해 액체로 적셔지는 경우, 이는 증발 속도를 증가시킨다. 가스를 통한 열 전도 및 열 방출로 인한 추가 손실은 증발 손실을 증가시킨다. 최적의 저장을 위한 목적으로, 매달린 가천정(7) 예를 들어, 로프(8)로 매달린 저온 연료를 위한 지면에 고정된 저장 탱크(6)가 이용된다. 가천정(7)은 증발 속도를 상당히 감소시킨다. 이러한 탱크는 도 3에 도시된다. 그러나, 이러한 타입에서 멤브레인 탱크 내에서 액체를 이송하기 위한 선박 탱크 내에서는 사용이 적절하지 못하다.
따라서, 본 발명의 목적은 탱크 내에서 출렁거리는 액체의 영향 및 선박의 흔들림을 고려하고 전술된 문제점을 적어도 해결하거나 또는 제거하는 탱크 또는 탱크 시스템을 제공하는 데 있다.
이 목적은 청구항 제1항의 특징을 갖는 탱크 또는 탱크 시스템에 의해 구현된다. 본 발명의 추가 이점은 종속항에 제시된다.
본 발명에 따른 극저온 액체를 저장하기 위한 탱크는 극저온 액체를 수용하기 위하여 하부 영역과 상부 영역을 갖는 하나 이상의 수집 용기를 갖는다. 탱크는 액체를 공급 및 배출하기 위한 하나 이상의 수단, 및 가스를 공급 및 배출하기 위한 하나 이상의 수단을 포함한다. 특히, 탱크는 단열 재료로 제조된 하나 이상의 프레임 구조물을 추가로 갖는다.
이에 따라 증발 속도가 감소된다. 액체의 더 높은 충전과 조합된 이 감소는 운반 수단의 효율을 향상시킨다.
단열 재료는 바람직하게는 다층 단열 재료(MLI)일 수 있다. 이 재료는 구체적으로 극저온 액체 또는 가스용 라인을 단열하는데 적합하다.
본 발명의 실시 형태에서, 수집 용기의 상부 영역은 조립 시에 추가 부피를 형성하는 평평한 표면의 부분들로 구성된다.
본 발명의 또 다른 실시 형태에서, 프레임 구조물은 단열 재료로 제조된 포일 및 가로방향 립을 갖는 프레임을 가지며, 포일은 직물에 재봉되고 직물은 포일에 의해 양 측면이 둘러싸인다. 따라서, 인가된 힘이 직물에 의해 전달될 수 있고 MLI는 로딩 또는 파괴되지 않는다.
구조물의 안정성을 구현하기 위하여 프레임의 상부 영역에서 프레임 구조물은 수직 체결 요소에 의해 용기에 고정되고 수평 위치에서 평평하게 배열된다.
본 발명의 또 다른 실시 형태에서, 수직 체결 요소는 프레임 구조물이 상부에 배열되고 2개의 앵커에 의해 펀칭된 디스크에 의해 고정되는 플레이트-형 지지 표면을 형성한다. 따라서, 프레임 구조물은 제 위치에 고정되고, 재료의 열 팽창을 상쇄시키기 위하여 충분한 간격이 존재한다.
특히, 앵커는 스프링 메커니즘에 의해 분리가능하고 확고한 연결을 형성한다. 따라서, 프레임 구조물은 매우 신속하고 용이하게 조립 또는 분리될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에서, 탱크는 상부 영역을 충전하고 상하로 평행하게 배열된 복수의 프레임 구조물을 갖는다. 단열 효과를 향상시키기 위하여, 프레임 구조물은 금속성 주름진 시트에 의해 하부로부터 차폐되는 하부 부분을 추가로 갖는다.
본 발명의 특정 실시 형태에서, 탱크는 중간 영역에 의해 서로 분리되고 나란히 열을 이루어 배열되는 복수의 용기를 갖는다. 이는 차량 하중을 증가시킨다.
전술된 실시 형태에서, 액체를 공급 및 배출하기 위한 수단과 가스를 공급 및 배출하기 위한 수단이 2개의 인접한 용기의 중간 영역에 배열되어 탱크 내로 침투되는 열에 대한 긍정적인 효과를 갖는 탱크 내로의 배플(baffle)이 최소화된다.
추가로, 본 발명의 이점과 기능이 도면을 기초로 선택된 예시적인 실시 형태의 하기 기재로부터 명확해진다.
도 1은 종래 기술에 따른 액화 가스 탱크의 도면.
도 2는 종래 기술에 따른 액화 가스 탱크의 구조물의 도면.
도 3은 종래 기술에 따른 액화 가스 탱크의 도면.
도 4는 본 발명에 따른 실시 형태의 액화 가스 탱크의 도면.
도 5는 본 발명에 따른 실시 형태의 액화 가스 탱크의 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 실시 형태의 액화 가스 탱크의 도면.
도 7은 본 발명에 따른 프레임 구조물의 도면.
도 8은 본 발명에 따른 조립된 프레임 구조물의 도면.
도 9는 본 발명에 따른 다층 프레임 구조물의 도면.
도 10은 본 발명에 따른 최하부 프레임 구조물의 도면.
도 11은 본 발명의 실시 형태에 따른 조립된 상태의 최하부 프레임 구조물의 도면.
도 12는 본 발명의 실시 형태에 따른 프레임을 조립하기 위한 제1 단계의 도면.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 실시 형태에 따른 프레임을 조립하기 위한 제2(a) 및 제3(b) 단계의 도면.
도 14a, 14b, 14c는 본 발명의 실시 형태에 따른 프레임 구조물을 고정하기 위한 수단의 도면.
도 15는 본 발명의 실시 형태에 따른 공급 및 배출 라인의 구조물의 도면.
도 4는 극저온 액체(cryogenic liquid)를 저장하기 위하여 각주형(prismatic shape, 11)을 갖는 탱크 또는 탱크 시스템(10)을 도시한다. 탱크(10)는 상부 영역(14) 및 하부 영역(16)을 갖는 수집 용기(12)를 갖는다. 탱크(10)는 가스를 공급 및 배출하기 위한 하나 이상의 수단(20) 및 액체를 공급 및 배출하기 위한 하나 이상의 수단(18)을 추가로 갖는다. 도면에 도시된 바와 같이, 상부 영역(14)은 평평한 표면(22)의 부분들로 분할된다. 이는 용기(12)의 상부 영역에 추가 부피(24)를 형성한다.
특히, 도 5에 도시된 바와 같이, 층형 표면 또는 프레임 구조물(26)은 추가 부피(24) 내에 수평 방향으로 고정된다. 표면(26)은 추가 고정 수단(28) 및 수직 파이프(27)에 의해 용기(12)의 상부 영역(14) 상에 고정된다. 표면(26)의 개수가 탱크(10)에 의해 변화할 수 있다. 표면(28)은 프레임 구조물(26)(도 7)로 구성되며, 이의 크기는 탱크 제조 중에 취습하기에 용이하다.
도 6은 탱크(10)가 3개의 인접한 수집 용기(12)로 구성되는 본 발명의 특정 실시 형태를 기재한다. 2개의 인접한 용기(12)들 사이에는 용기(12)의 측면 벽을 분리시키기 위하여 중간 영역(29)이 배열된다.
도 7은 예를 들어 유리섬유 튜브 또는 다른 저온 적합성 재료의 형태인 비-금속 재료로 구성된 프레임(30)을 갖는 프레임 구조물(26)의 구조를 나타낸다. 구조물은 낮은 열 전도성을 가져야 하며, 이에 따라 탱크(10) 내로 전달되는 열은 작다. 가로방향 립(32)은 프레임 구조물(26)을 보강하기 위하여 삽입된다. 프레임(30) 및 가로방향 립(32)은 직물(34)로 재봉된 다층 단열(MLI) 재료로 구성되는 포일(33)과 결합된다. MLI 재료는 항공우주 산업에 공지되었고, 진공 상태의 위성을 단열하기 위하여 사용된다. 이는 매우 얇은 알루미늄 포일의 열로 구성된다. 선박 탱크(ship tank) 내에서 사용 중에 안정성의 요인으로, 이들 포일(33)은 전술된 직물(34)에 추가로 재봉된다. 직물(34)은 MLI에 의해 양 측면이 둘러싸이고, 이에 따라 MLI 프레임 구조물(26)은 일 측면 상에 금속 외부 표면을 갖는다. 직물(34)은 약 -160°C의 저온 및 액체와 혼화가능한 임의의 낮은 열 전도성 재료로 구성될 수 있다. 이에 따라서 직물(34) 및 MLI 재료로 구성된 포일(33) 및 가로방향(32)과 함께 프레임(30)은 MLI 프레임 구조물(26)을 구성한다.
도 8은 복수의 프레임 구조물(26)이 대형의 평평한 표면을 형성하고 나란히 조립된 수평 배열(36)을 도시한다. 프레임 구조물(26)은 용기(12)의 상부 영역(14)을 충전하기 위하여 공간 최적화의 목적으로 서로 결합된다.
도 9는 나란히 조립된 프레임 구조물(26)은 다수의 층 내에서 상하로 고정되는 수직 배열(38)을 도시한다. 특히, 도 9는 프레임 구조물(26)의 3개의 층을 갖는 구조물을 도시한다. 프레임 구조물(26)을 이의 위치에 고정하기 위하여, 임의의 낮은 열 전도성 재료로 구성되는 수직 파이프 또는 브레이스(27)와 함께 로프 구조물(40)을 이용한다. 구조물(40)은 추가 고정 수단(28), 예를 들어 로프를 이용하여 탱크(10)에 고정된다. 로프 구조물(40)을 포함하는 재료가 선호될 수 있다. 예를 들어, 최상부 브레이스(27)는 이 목적으로(도시되지 않음) 구체적으로 제공된 아일릿에 의해 평평한 탱크 벽 요소(22)와 결합된다. 수직 브레이스(27)에 변위가능하게 고정되는 펀치형 디스크(42)가 각각의 프레임 구조물(26)이 모서리에서 추가 고정 수단으로서 제공된다.
프레임 구조물(26)의 최하부 층은 출렁거리는 액체(sloshing liquid)에 대해 상부에 놓인 구조물을 보호하기 위하여 금속 주름진 시트(metallic corrugated sheet, 44)에 의해 밀봉된다. 상부 탱크 영역(14)은 잔여 탱크 부피로부터 밀봉되지 않고, 심지어 개방된다. 도 10 및 도 11은 분해 및 조립된 상태에서 최하부 프레임 구조물(26)의 구성을 도시한다.
도 12, 도 13a 및 도 13b는 수직 브레이스(27) 및 프레임 구조물(26)의 조립체를 도시한다. 이 조립체는 이들 요소가 임의의 주 아웃레이 없이 장착될 수 있고 또한 필요에 따라 재차 제거될 수 있도록 구성된다. 수직 브레이스(27)는 프레임 구조물(26)의 모서리가 상부에 배열되는 프레임 구조물(26)의 높이를 따라 레지(ledge, 46)를 형성한다. 제1 단계(도 12)에서, 각각의 4개의 프레임 구조물(26)의 모서리의 하부 부분이 브레이스(27)의 레지(46) 상에 배열되도록 프레임 구조물(26)이 배열된다. 제2 단계(도 13a)에서, 펀칭된 디스크(42)가 하향 가압되고, 차단 메커니즘(blocking mechanism, 48)에 의해 고정되며, 각각의 프레임 구조물(26)의 모서리는 펀칭된 디스크(42)와 레지(46) 사이에 클램핑된다.
차단 메커니즘(48)은 2개의 마주보는 앵커(50) 및 스프링(52)으로 구성된다. 2개의 앵커(50)는 스프링(52)에 의해 외측을 향하여 압축된다. 펀칭된 디스크(42)가 앵커(50)에 걸쳐 유도될 때, 이는 래칭고정되고 이에 따라 제 위치에 고정된다. 펀칭된 디스크(42)는 앵커(50)를 누름으로써 수동으로 구속해제될 수 있다. 프레임 구조물(26)은 수직 브레이스(27) 및 인접한 프레임 구조물(26)에 적합한 레지(54)가 이에 모서리에 형성되어 제 위치에 고정된다.
도 14a, 도 14b 및 도 14c는 차단 메커니즘(48)을 상세히 도시한다. 특히, 도 14a는 브레이스(27)에 대한 앵커(50)의 운동을 도시한다(이중 화살표). 수직 브레이스(27)는 2개의 마주보는 개구(56)를 가져서 스프링(52)에 의해 압축된 앵커(50)가 돌출된다. 도 14b 및 도 14c는 차단 메커니즘(48)의 세부사항을 나타내기 위하여 브레이스(27)의 종방향 및 가로 방향으로 단면을 도시한다. 2개의 앵커(50)는 펀칭된 디스크(42)를 차단하고 개구(56)를 통하여 돌출되는 제2 부분(62) 및 체결 수단(60)에 의해 브레이스(27) 내에 고정되는 제1 부분(58)을 갖는다. 체결 수단(60)에 따라 앵커(50)가 피벗회전할 수 있고, 이에 따라 앵커(50)는 정지 상태에서 스프링(52)에 의해 외측을 향하여 압축되고, 볼트(50)는 압축된 상태에서 펀칭된 디스크(42)를 통하여 내측을 향하여 압축된다.
도 15는 액체 및 가스를 공급 및 배출하기 위한 수단이 다수의 파이프 구조물(64)로 구성되는 실시 형태를 도시한다. 파이프는 단열 층(72, 74)에 의해 서로 분리되는 3개 이상의 텔레스코픽 파이프(66, 68, 70)로 구성된다. 이 파이프는 탱크(10)들 사이의 중간 영역(29)에 고정되고 제 위치에 고정된다.
본 발명에 따른 탱크(10)는 주름진 시트(44)의 높이까지 충전될 수 있다. 비교가능한 통상적인 탱크(1)와 대조적으로, 이에 따라 증가된 하중(load)이 허용된다. 동일한 크기의 선박이 더욱 비용-효율적이도록 본 발명에 따라 더 많은 액체를 이송할 수 있다.
본 발명은 전술된 실시 형태에 제한되지 않고 다양한 변형이 가능하다.
극저온 액체를 보유하기 위한 상부 영역과 하부 영역을 갖는 하나 이상의 수집 용기, 가스를 공급 및 배출하기 위한 하나 이상의 수단 및 액체를 공급 및 배출하기 위한 하나 이상의 수단을 갖는 극저온 액체를 저장하는 탱크 또는 탱크 시스템이 개시되며, 상기 탱크는 단열 재료로 제조된 하나 이상의 프레임 구조물을 갖는다.
1 통상적인 탱크
2 각주형 탱크
3 라인 (파워 타워)
4 중간 영역 (코퍼댐)
5 탱크 커버
6 저장 탱크
7 가천장
8 로프
10 탱크 또는 탱크 시스템
11 각주
12 수집 용기
14 용기의 상부 영역
16 용기의 하부 영역
18 액체를 공급 및 배출하기 위한 수단
20 가스를 공급 및 배출하기 위한 수단
22 평평한 표면
24 추가 부피
26 수평 표면/프레임 구조물
27 수직 파이프/수직 브레이스
28 추가 고정 수단
29 중간 영역
30 프레임
32 가로방향 립
33 ML 재료
34 직물
36 수평 배열
38 수직 배열
40 로프 구조물
42 펀칭된 디스크
44 주름진 시트
46 브레이스 레지
48 차단 메커니즘
50 앵커
52 스프링
54 프레임 구조물 레지
56 개구
58 앵커의 제1 부분
60 체결 수단
62 앵커의 제2 부분
65 파이프 구조물
66, 68, 70 파이프
72, 74 단열 층

Claims (11)

  1. 극저온 액체를 저장하기 위한 탱크(10)로서,
    극저온 액체를 수용하기 위하여 하부 영역(16)과 상부 영역(14)을 갖는 하나 이상의 수집 용기(12),
    액체를 공급 및 배출하기 위한 하나 이상의 수단(18), 및
    가스를 공급 및 배출하기 위한 하나 이상의 수단(20)을 포함하고,
    탱크(10)는 단열 재료로 제조된 하나 이상의 프레임 구조물(26)을 추가로 갖는 탱크(10).
  2. 제1항에 있어서, 단열 재료는 다층 단열 재료(MLI)인 탱크(10).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상부 영역(14)은 조립 시에 추가 부피(24)를 형성하는 평평한 표면(22)의 부분들로 구성되는 탱크(10).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 프레임 구조물(26)은 단열 재료(33)로 제조된 포일 및 가로방향 립(32)을 갖는 프레임(30)을 가지며, 포일(33)은 직물(34)에 재봉되고 직물(34)은 포일(33)에 의해 양 측면이 둘러싸이는 탱크(10).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상부 영역(14)에서 프레임 구조물(26)은 수직 체결 요소(27)에 의해 용기(12)에 고정되고 수평 위치에서 평평하게 배열되는 탱크(10).
  6. 제5항에 있어서, 수직 체결 요소(27)는 프레임 구조물(26)이 상부에 배열되고 2개의 앵커(50)에 의해 펀칭된 디스크(42)에 의해 고정되는 플레이트-형 지지 표면(46)을 형성하는 탱크(10).
  7. 제6항에 있어서, 앵커(50)는 스프링 메커니즘(52)에 의해 분리가능하고 확고한 연결을 형성하는 탱크(10).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 탱크(10)는 상부 영역(14)을 충전하고 상하로 평행하게 배열된 복수의 프레임 구조물(26)을 갖는 탱크(10).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 프레임 구조물(26)은 금속 주름진 시트(44)에 의해 하부로부터 보호되는 하부 부분을 갖는 탱크(10).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 탱크(10)는 중간 영역(29)에 의해 서로 분리되고 나란히 열을 이루어 배열되는 복수의 용기(12)를 갖는 탱크(10).
  11. 제10항에 있어서, 액체를 공급 및 배출하기 위한 수단(18) 및 가스를 공급 및 배출하기 위한 수단(20)이 중간 영역(29)에 배열되는 탱크(10).
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