KR20190093054A

KR20190093054A - 진공-폴리머 다중 단열층을 구비한 박스형 극저온 액화가스 저장용기

Info

Publication number: KR20190093054A
Application number: KR1020180012490A
Authority: KR
Inventors: 이제명; 김슬기; 김정현
Original assignee: 부산대학교 산학협력단
Priority date: 2018-01-31
Filing date: 2018-01-31
Publication date: 2019-08-08

Abstract

본 발명은 진공-폴리머 다중 단열층을 구비한 박스형 극저온 액화가스 저장용기에 관한 것으로, 복합적으로 이루어진 진공-폴리머의 다중 단열층에 의해 LNG 및 액화가스와 같은 극저온의 액화가스에 대하여 단열 성능을 높이면서도 외부 유출을 완벽히 차단하여 안전히 보관할 수 있도록 한 것이다.
이러한 본 발명은, 액화가스의 저장공간을 둘러싸서 밀폐하는 내부 탱크; 상기 내부 탱크를 이격을 두고 감싸면서 밀폐하는 외부 탱크; 상기 내부 탱크와 외부 탱크 사이 이격공간에 대기압보다 낮은 음압을 가하여 형성된 진공 단열층; 상기 외부 탱크를 이격을 두고 감싸는 사각 박스; 상기 외부 탱크와 사각 박스 사이에 폴리우레탄폼으로 충진되어 형성된 폴리머 단열층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

진공-폴리머 다중 단열층을 구비한 박스형 극저온 액화가스 저장용기{BOX-SHAPED CRYOGENIC LIQUEFIED GAS STORAGE CONTAINER CONTAINING VACUUM-POLYMER MULTI-INSULATING LAYERS}

본 발명은 극저온 액화가스 저장용기에 관한 것으로, 특히 복합적으로 이루어진 진공-폴리머의 다중 단열층에 의해 LNG 및 액화수소와 같은 극저온의 액화가스에 대하여 단열 성능을 높이면서도 외부 유출을 완벽히 차단하여 안전히 보관할 수 있도록 한 진공-폴리머 다중 단열층을 구비한 박스형 극저온 액화가스 저장용기에 관한 것이다.

국제해사기구가 주도하는 선박 연료의 배출가스 규제가 점차 강화되고 있으며 세계 각국들의 자국 연해 ECA (Emission Control Area) 설정 등 친환경 선박 추진은 조선 산업의 세계적 추세로 인식되고 있다. 관련하여 여러 기술적 방안들이 논의되고 있으나, 궁극적으로는 천연가스 추진 형식으로 선박이 건조, 운항되리라 예상된다.

현재, LNG 운반선을 비롯한 대형 상선에 적용하기 위한 선박용 LNG 추진시스템은 상업화 단계까지 기술 개발이 이루어졌다고 볼 수 있으나, 중??소형 선박에의 적용을 위해서는 해결해야하는 기술적 문제들이 산재하는 상황이다. 특히, 기존 디젤유 대비 1.5배 이상 큰 용적이 요구되는 LNG 연료저장 공간(탱크)의 존재는 선체 내 또는 갑판 위 공간이 넉넉하지 못한 소형 선박의 LNG 추진시스템 적용에 장애요소로 지적되고 있다.

또한, LNG가 기화되어 발생하는 BOG (Boil- off Gas)는 탱크 내부 압력을 증가시키므로 BOG를 배출시키거나 (연료손실) 해당 탱크의 강도를 충분히 확보하여야 한다. 그럴 경우 탱크 외벽 두께 증가가 불가피하며, 이는 소형선박 사용자에게 LNG 탱크의 무게(화물 적재량 감소) 및 구입비용 부담을 가중시킨다.

이의 근본적인 해결책은 LNG 저장탱크의 단열성능을 향상시켜 BOG 발생량을 줄이는 것이나 동일한 성능의 단열층을 가지더라도 탱크의 용적이 작을수록 단열성능이 떨어지므로 더욱 높은 수준의 단열층 확보가 요구되는 문제점이 있었다. 여기에 더해, 소형선박의 선체 운동으로 인한 주위 구조물 또는 해상환경에 의한 외벽 침식, 탱크 내 LNG 누출에 의한 주변 구조의 저온 취성화 등을 고려한다면 구조적 측면에서도 안전성이 확보되어야 하였다.

한국공개특허공보 제2012-0036228호(2012.04.17.)

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 복합적으로 이루어진 진공-폴리머의 다중 단열층에 의해 LNG 및 액화수소와 같은 극저온의 액화가스에 대하여 단열 성능을 높이면서도 외부 유출을 완벽히 차단하여 안전히 보관할 수 있도록 한 진공-폴리머 다중 단열층을 구비한 박스형 극저온 액화가스 저장용기를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 액화가스 저장용기는, 극저온의 액화가스를 저장하는 액화가스 저장용기로서, 액화가스의 저장공간을 둘러싸서 밀폐하는 내부 탱크; 상기 내부 탱크를 이격을 두고 감싸면서 밀폐하는 외부 탱크; 상기 내부 탱크와 외부 탱크 사이 이격공간에 대기압보다 낮은 음압을 가하여 형성된 진공 단열층; 상기 외부 탱크를 이격을 두고 감싸는 사각 박스; 상기 외부 탱크와 사각 박스 사이에 폴리우레탄폼으로 충진되어 형성된 폴리머 단열층;을 포함하는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

여기서, 상기 내부 탱크와 내부 탱크는 실린더 형상으로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 외부 탱크에는 그 둘레방향을 따라 암나사 구비된 삽입홀이 다수 형성되고, 상기 외부 탱크의 삽입홀 각각에 삽입되어 나사결합된 상태에서 선단부가 상기 내부 탱크를 압박하여 지지하는 지지부재를 구비하여, 상기 외부 탱크 내부 중앙에 상기 내부 탱크가 위치할 수 있도록 한 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 지지부재가 상기 외부 탱크의 삽입홀에 삽입되어 내부 탱크를 지지하고 있는 상태에서 상기 외부 탱크의 삽입홀 입구에 삽입되어 나사결합되면서 상기 지지부재의 후단부와 접촉하도록 외주면에 수나사 형성된 원판 형태의 몸체와 상기 몸체 내부에 설치되어 상기 지지부재 쪽으로 냉기를 제공하는 열전소자로 이루어진 열차단부재를 더 구비하여 상기 지지부재를 통한 액화가스의 냉기 유출을 감소시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 폴리머 단열층은 상기 외부 탱크에 폴리우레탄폼이 발포된 후 상기 사각 박스 형상에 부합되는 형태로 재단되어 상기 내부 탱크 및 외부 탱크가 상기 사각 박스 내부에서 폴리우레탄폼에 의해 지지되도록 한 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 사각 박스는 밀폐된 금속 벽체로 이루어져 액화가스의 외부 유출을 차단함과 동시에 외부의 침식 영향으로부터 외부 탱크와 폴리우레탄폼을 보호할 수 있도록 한 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 의한 진공-폴리머 다중 단열층을 구비한 박스형 극저온 액화가스 저장용기는 복합적으로 이루어진 진공-폴리머의 다중 단열층에 의해 LNG 및 액화수소와 같은 극저온의 액화가스에 대하여 단열 성능을 높이면서도 외부 유출을 완벽히 차단하여 안전히 보관하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명은 다중 단열층에 의해 높은 단열 성능을 가지면서도 구조가 간단하며 사각 박스 형태로 이루어져 소형의 저장용기를 구현하는데 적당하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 액화가스 저장용기의 사시도
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 액화가스 저장용기의 구성을 설명하기 위한 단면도
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 액화가스 저장용기에서 지지부재 및 열차단부재의 구성을 설명하기 위한 부분 사시도

첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 의한 진공-폴리머 다중 단열층을 구비한 박스형 극저온 액화가스 저장용기에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 이해하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다.

또한, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 액화가스 저장용기의 사시도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 액화가스 저장용기의 구성을 설명하기 위한 단면도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 액화가스 저장용기에서 지지부재 및 열차단부재의 구성을 설명하기 위한 부분 사시도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 액화가스 저장용기는, 실린더 형상을 갖는 내부 탱크(110), 외부 탱크(120), 진공 단열층(125S) 및 폴리머 단열층(150), 지지부재(130), 열차단부재(140), 사각 박스(160)를 주요 구성요소로 포함하며, 진공-폴리머의 다중 단열층에 의해 LNG 및 액화수소와 같은 극저온의 액화가스에 대하여 단열 성능을 높이면서도 외부 유출을 완벽히 차단하여 안전히 보관할 수 있도록 구성된다.

이하, 상기 각 구성요소들을 중심으로 본 발명의 실시예에 의한 액화가스 저장용기에 대해 보다 자세히 설명하도록 한다.

상기 내부 탱크(110)는 실린더 형상으로 이루어져 액화가스가 저장되는 저장공간을 둘러싸서 밀폐하게 된다.

상기 외부 탱크(120)는 내부 탱크(110)를 이격을 두고 감싸면서 밀폐하며 내부 탱크(110)와 마찬가지로 실린더 형상으로 형성된다. 이같은 외부 탱크(120)는 내부 탱크(110)와 함께 진공 단열층(125S)을 구비한 소형의 진공 탱크모듈(100S)을 형성하게 된다. 상기 외부 탱크(120)에는 도 3에 도시된 것처럼 그 둘레방향을 따라 암나사(121a) 구비된 삽입홀(121)이 다수 형성된다. 이로써 그 삽입홀(121) 각각에 지지부재(130)가 삽입되어 나사결합된 상태에서 상기 내부 탱크(110)를 압박하여 안정적으로 지지하는 것이 가능해진다.

이같은 내부 탱크(110)와 외부 탱크(120) 사이에는 이격공간이 형성되어 상기 내부 탱크(110)와 외부 탱크(120) 간 단열층이 자연스럽게 형성되는데, 본 발명은 여기에 그치지 않고 그 이격공간에 음압을 가하여 열전달의 매개가 되는 공기를 최대한 제거한다. 이로써 상기 내부 탱크(110)와 외부 탱크(120) 간 이격 공간에는 대기압보다 낮은 수준의 압력으로서의 진공압을 갖는 진공 단열층(125S)이 형성된다. 이로써 액화가스가 저장되는 내부 탱크(110)와 외부 탱크(120) 간 열전달이 이루어지는 것을 1차적으로 차단할 수 있게 된다.

상기 지지부재(130)는 도 3에 도시된 것처럼 몸체(131) 외주면에 수나사 형성된 원기둥형 부재로서 상기 외부 탱크(120)에 형성된 삽입홀(121)에 각각 삽입되어 나사결합된 상태가 되며, 이 상태에서 선단부가 내부 탱크(110)를 압박하여 지지한다. 이같은 지지부재(130)는 외부 탱크(120)의 둘레방향을 따라 형성된 삽입홀(121) 각각에 설치되므로 사방 다수의 지점에서 내부 탱크(110)를 안정적으로 지지할 수 있게 된다. 여기서 내부 탱크(110)에 접촉하는 지지부재(130)의 선단부에는 발포 폴리우레탄폼(132)이 구비되어 내부 탱크(110)와 접촉되는 지지부재(130)를 통해 열전달이 이루어지는 것을 사전에 차단할 수 있도록 한다.

상기 열차단부재(140)는 상기 지지부재(130)를 통한 액화가스의 냉기 유출을 감소시키는 역할을 한다. 이를 위해 상기 열차단부재(140)는 외주면에 수나사 형성된 몸체와 그 몸체 내부에 설치된 열전소자들로 이루어진다. 이같은 구성에 의하면 지지부재(130)가 외부 탱크(120)의 삽입홀(121)에 삽입되어 내부 탱크(110)를 지지하고 있는 상태에서 상기 열차단부재(140)가 삽입홀(121) 입구에 삽입되어 나사결합되면서 지지부재(130)의 후단부와 접촉한 상태로 설치된다. 이때 열차단부재(140)의 열전소자가 전원을 인가받아 지지부재(130) 쪽으로 냉기를 제공하게 되면 상기 지지부재(130)를 통해 액화가스의 냉기가 유출되는 상태가 되더라도 그로 인한 냉기 유출 수준을 최소화하는 것이 가능해진다.

상기 폴리머 단열층(150)은 외부 탱크(120)와 사각 박스(160) 사이에 폴리우레탄폼으로 충진되어 이루어진다. 이같은 폴리우레탄폼은 외부 탱크(120)에 폴리우레탄 폼이 발포된 후 사각 박스(160) 형상에 부합되는 형태로 재단되는 과정 및 방법을 통해 형성된다. 이같이 형성된 폴리머 단열층(150)은 외부 탱크(120)에 보다 안정적으로 접합된다. 이에 따라 별도의 부재를 구비하지 않더라도 내부 탱크(110) 및 외부 탱크(120)로 이루어진 탱크모듈(100M)이 사각 박스(160) 내부에서 안정적으로 지지된다. 또한, 상기 폴리머 단열층(150)은 상기 진공 단열층(125S)과 더불어 이중의 단열층을 형성하면서 내부 탱크(110)에 저장되는 극저온의 액화가스에 대한 단열 성능을 극대화한다.

상기 사각 박스(160)는 상기 외부 탱크(120)와 그 외측으로 형성된 폴리우레탄폼을 감싸는 육면체 형태로 형성되며 밀폐된 금속 벽체로 이루어져 액화가스의 외부 유출을 차단함과 동시에 외부의 침식 영향으로부터 내부 탱크(110) 및 외부 탱크(120), 폴리우레탄폼으로 이루어진 폴리머 단열층(150)을 보호해준다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

110 : 내부 탱크 120 : 외부 탱크
130 : 지지부재 140 : 열차단부재
150 : 폴리머 단열층 160 : 사각 박스

Claims

극저온의 액화가스를 저장하는 액화가스 저장용기로서,
액화가스의 저장공간을 둘러싸서 밀폐하는 내부 탱크;
상기 내부 탱크를 이격을 두고 감싸면서 밀폐하는 외부 탱크;
상기 내부 탱크와 외부 탱크 사이 이격공간에 대기압보다 낮은 음압을 가하여 형성된 진공 단열층;
상기 외부 탱크를 이격을 두고 감싸는 사각 박스;
상기 외부 탱크와 사각 박스 사이에 폴리우레탄폼으로 충진되어 형성된 폴리머 단열층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 저장용기.
제1항에 있어서,
상기 내부 탱크와 내부 탱크는 실린더 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 액화가스 저장용기.
제2항에 있어서,
상기 외부 탱크에는 그 둘레방향을 따라 암나사 구비된 삽입홀이 다수 형성되고, 상기 외부 탱크의 삽입홀 각각에 삽입되어 나사결합된 상태에서 선단부가 상기 내부 탱크를 압박하여 지지하는 지지부재를 구비하여, 상기 외부 탱크 내부 중앙에 상기 내부 탱크가 위치할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 액화가스 저장용기.
제3항에 있어서,
상기 지지부재가 상기 외부 탱크의 삽입홀에 삽입되어 내부 탱크를 지지하고 있는 상태에서 상기 외부 탱크의 삽입홀 입구에 삽입되어 나사결합되면서 상기 지지부재의 후단부와 접촉하도록 외주면에 수나사 형성된 원판 형태의 몸체와 상기 몸체 내부에 설치되어 상기 지지부재 쪽으로 냉기를 제공하는 열전소자로 이루어진 열차단부재를 더 구비하여 상기 지지부재를 통한 액화가스의 냉기 유출을 감소시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 액화가스 저장용기.
제1항에 있어서,
상기 폴리머 단열층은 상기 외부 탱크에 폴리우레탄폼이 발포된 후 상기 사각 박스 형상에 부합되는 형태로 재단되어 상기 내부 탱크 및 외부 탱크가 상기 사각 박스 내부에서 폴리우레탄폼에 의해 지지되도록 한 것을 특징으로 하는 액화가스 저장용기.
제5항에 있어서,
상기 사각 박스는 밀폐된 금속 벽체로 이루어져 액화가스의 외부 유출을 차단함과 동시에 외부의 침식 영향으로부터 외부 탱크와 폴리우레탄폼을 보호할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 액화가스 저장용기.
극저온의 액화가스를 저장하는 액화가스 저장용기로서,
액화가스의 저장공간을 둘러싸서 밀폐하며 실린더 형상으로 형성된 내부 기;
상기 내부 탱크를 이격을 두고 감싸면서 밀폐하며 실린더 형상으로 형성된 외부 탱크;
상기 내부 탱크와 외부 탱크 사이 이격공간에 대기압보다 낮은 음압을 가하여 형성된 진공 단열층;
상기 외부 탱크를 이격을 두고 감싸는 사각 박스;
상기 외부 탱크와 사각 박스 사이에 폴리우레탄폼으로 충진되어 형성된 폴리머 단열층;을 포함하며,
상기 외부 탱크에는 그 둘레방향을 따라 암나사 구비된 삽입홀이 다수 형성되고, 상기 외부 탱크의 삽입홀 각각에 삽입되어 나사결합된 상태에서 선단부가 상기 내부 탱크를 압박하여 지지하는 지지부재를 구비하여, 상기 외부 탱크 내부 중앙에 상기 내부 탱크가 위치할 수 있도록 하며,
상기 폴리머 단열층은 상기 외부 탱크에 폴리우레탄폼이 발포된 후 상기 사각 박스 형상에 부합되는 형태로 재단되어 상기 내부 탱크 및 외부 탱크가 상기 사각 박스 내부에서 폴리우레탄폼에 의해 지지되도록 하며,
상기 사각 박스는 밀폐된 금속 벽체로 이루어져 액화가스의 외부 유출을 차단함과 동시에 외부의 침식 영향으로부터 외부 탱크와 폴리우레탄폼을 보호할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 액화가스 저장용기.