KR20200007445A - 선박용 액화수소 저장탱크의 로딩 시스템 - Google Patents

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Abstract

선박용 액화수소 저장탱크의 로딩 시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 선박용 액화수소 저장탱크의 로딩 시스템은, 내측에 액화수소가 저장되며 구형 또는 실린더형 타입의 독립형 저장탱크로 마련되는 액화수소 저장탱크; 및 액화수소 저장탱크로 액화수소를 로딩(loading)하는 로딩장치;를 포함하고, 로딩장치는 액화수소 저장탱크와 선체 바닥면 사이에 형성되는 빈 공간에 배치되는 펌프; 펌프와 액화수소 저장탱크 사이를 연결하되, 액화수소 저장탱크와 선체 사이의 공간을 통해 액화수소 저장탱크의 저면으로 연결되며, 펌프의 구동에 의해 액화수소를 액화수소 저장탱크로 로딩(loading)하거나, 액화수소 저장탱크 내측에 저장된 액화수소를 외부로 언로딩(unloading)하는 이송 통로를 제공하는 로딩 파이프;를 포함한다.

Description

선박용 액화수소 저장탱크의 로딩 시스템 {LOADING SYSTEM OF LIQUID HYDROGEN STORAGE TANK FOR SHIP}
본 발명은 선박용 액화수소 저장탱크의 로딩 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액화수소 저장탱크의 외부 하측에 펌프를 배치하고, 액화수소 저장탱크와 선체 사이에 형성되는 빈 공간을 통하여 액화수소를 로딩(loading)함으로써, 펌프타워를 구비하지 않는 것이 가능한 선박용 액화수소 저장탱크의 로딩 시스템에 관한 것이다.
최근들어 급속한 산업화의 발달 및 인구의 증가로 인해 에너지 수요가 지속적으로 증가하고 있고, 이에 따라 화석 연료의 고갈에 따른 대체 에너지 수급이 절실한 상황이며, 특히 우리나라의 경우에는 에너지 소비량이 세계 10위 안에 들 정도로 많은 양을 소비하고 있으면서도 사용하는 에너지의 90% 이상을 외국의 수입에 의존하고 있는 실정인 만큼 에너지 확보 대책이 시급하다.
이에 전 세계적으로 직면하고 있는 복잡한 에너지 문제들을 해결하기 위해 주목을 받고 있는 대체 에너지로 수소연료가 꼽히고 있다.
이러한 수소연료는 지구상에서 탄소와 질소 다음으로 가장 풍부한 원소일 뿐만 아니라, 연소시에 극히 미량의 질소산화물만을 생성시킬 뿐 다른 공해물질은 전혀 배출하지 않는 깨끗한 에너지원이고, 지구상에 존재하는 풍부한 양의 물을 원료로 하여 만들어낼 수 있으며, 사용후에도 다시 물로 재순환되기 때문에 고갈의 우려가 없는 최적의 대체 에너지원이라 할 수 있다.
이러한 수소연료를 이용하기 위한 가장 중요한 과제는 수소의 저장방법이다. 수소의 저장방법으로는 수소 기체를 압축시켜 저장하는 방법, 액화시켜 저장하는 방법, 또는 수소저장합금을 이용한 저장방법 등이 알려져 있다.
향후 수소 시장이 성장함에 따라 선박에 의한 수소의 대규모 운송이 이루어질 수 있으며, 상기의 방법 중 수소를 액화시켜 저장하는 방법이 수소의 대규모 저장 및 장거리 운송에 적합한 기술로 인식되고 있다.
현재 액화된 수소를 저장하는 액화수소(LH2) 저장탱크에 대한 기술은 육상용 소형 탱크에 대한 것이 대부분이다. 선박에 의한 액화수소의 저장 및 운송기술에 대해서는 아직 실증된 사례가 없으며, 기존의 액화천연가스(LNG) 저장탱크의 구조를 그대로 채용하거나 또는 약간 변형하여 이용하는 것이 대부분이다.
그러나 액화수소는 액화천연가스에 비하여 더 저온의 유체이므로, 기존에 알려진 액화천연가스의 저장기술보다 더 엄격한 해결책이 필요하다.
액화수소는 액화온도가 -253℃로 극저온의 액화천연가스(-162℃)보다 더 낮은 액화 온도를 가지는 저비점 특성을 가지므로 액화천연가스보다 기화가 더 쉽게 촉진되며, 체적당 증발률(BOR: Boil-Off Rate)은 액화천연가스의 10배에 달한다.
이러한 성질을 가지는 액화수소는 증발가스(BOG: Boil-Off Gas)에 의한 저장탱크 내 압력 증가 문제가 액화천연가스의 경우보다 심각하며, 탱크 내 압력 증가를 방지하기 위하여 방출되어야 하는 증발가스의 양 역시 훨씬 방대하다. 이는 수소 에너지원의 막대한 손실을 야기한다.
따라서 액화수소의 장거리 운송에 있어서, 수소의 손실을 줄이기 위해서는 액화수소의 증발률을 낮추는 것이 무엇보다 중요하며, 액화수소 저장탱크는 기존의 액화천연가스 저장탱크보다 더 뛰어난 단열성능을 갖춰야 한다.
한편, 일반적으로 액화가스를 저장하는 저장탱크에는 액화가스를 적하역하기 위한 로딩장치가 마련된다.
도 1은 종래기술에 따른 액화가스 저장탱크의 로딩장치를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래에는 액화가스 저장탱크(10)의 상부로부터 수직으로 삽입되어 저장탱크(10)의 내측 하부까지 연장되도록 설치된 펌프타워(pump tower, 11)에 의해 액화가스의 로딩이 이루어진다.
펌프타워(11)는 액화가스를 저장탱크(10) 내부로 유입시키는 로딩파이프와, 저장탱크(10) 내부의 액화가스를 외부로 배출하는 배출파이프, 및 각종 파이프에 연결되어 액화가스를 유입 및 배출시키는 펌프를 지지하는 것으로서, 일반적으로 약 30m 정도의 높이를 가지는 대형구조물이다.
이러한 펌프타워(11)는 저장탱크(10) 내에서 발생하는 액체화물의 슬로싱(sloshing) 하중을 그대로 받게 되며, 이는 저장탱크(10)의 전체 내구성과 강도 유지를 해치는 요인이 된다.
펌프타워(11)는 저장탱크(10) 구조의 상부로 돌출되어 있는 리퀴드 돔(liquid dome, 12)에 의해 지지된다.
리퀴드 돔(12)은 저장탱크(10)의 상부로 돌출된 형태로 인하여 공간을 차지하며 다른 설비와의 간섭 등이 발생할 수 있어 공간 상의 제약을 발생시킨다.
또한, 리퀴드 돔(12)을 설치하기 위하여 저장탱크(10) 상부에 형성되는 개구의 주변부를 보강하는 작업이 추가로 필요하며, 저장탱크(10) 상부에 별도의 리퀴드 돔(12) 구조물을 제작하고, 리퀴드 돔(12) 구조물 내부로 펌프타워(11)를 설치해야 하기 때문에 저장탱크(10)의 제작과정이 어렵고 복잡해진다.
더불어, 상기 리퀴드 돔(12)을 통해 저장탱크(10) 내부에 저장되는 액화가스가 오버플로우(overflow)되는 문제도 발생할 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 액화수소 저장탱크의 외부 하측에 펌프를 배치하고, 액화수소 저장탱크와 선체 사이에 형성되는 빈 공간을 통하여 액화수소를 로딩(loading)함으로써, 펌프타워를 구비하지 않는 것이 가능한 선박용 액화수소 저장탱크의 로딩 시스템을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 내측에 액화수소가 저장되며 구형 또는 실린더형 타입의 독립형 저장탱크로 마련되는 액화수소 저장탱크; 및 상기 액화수소 저장탱크로 액화수소를 적하역하는 로딩장치;를 포함하고, 상기 로딩장치는, 상기 액화수소 저장탱크와 선체 바닥면 사이에 형성되는 빈 공간에 배치되는 펌프; 상기 펌프와 상기 액화수소 저장탱크 사이를 연결하되, 상기 액화수소 저장탱크와 상기 선체 사이의 공간을 통해 상기 액화수소 저장탱크의 저면으로 연결되며, 상기 펌프의 구동에 의해 액화수소를 상기 액화수소 저장탱크로 로딩(loading)하거나, 상기 액화수소 저장탱크 내측에 저장된 액화수소를 외부로 언로딩(unloading)하는 이송 통로를 제공하는 로딩 파이프;를 포함하는, 선박용 액화수소 저장탱크의 로딩 시스템을 제공한다.
상기 펌프는 단열재에 의해 외부와 차폐되어 자체적으로 단열성능을 갖출 수 있다.
상기 펌프는 알루미늄 합금 소재로 마련된 펌프실에 의해 외부 공간과 이중으로 차폐될 수 있다.
상기 펌프는 초전도 모터(Superconducting motor)를 이용한 것일 수 있다.
상기 로딩파이프는, 상기 액화수소 저장탱크의 내측으로 액화수소를 공급하는 유입라인; 및 상기 액화수소 저장탱크 내측으로부터 액화수소를 배출하는 배출라인;을 포함하고, 상기 유입라인 및 상기 배출라인은 상기 액화수소 저장탱크의 외측 하부에서 하나의 라인으로 합류되어 액화수소 저장탱크 측으로 연결될 수 있다.
상기 액화수소 저장탱크는, 내측에 액화수소가 저장되기 위한 공간이 형성되는 내벽; 상기 내벽과의 사이에 공간을 형성하면서 상기 내벽을 둘러싸는 외벽; 상기 내벽과 상기 외벽 사이의 공간에 설치되어 열전달을 차단하는 단열부; 및 상기 내벽과 상기 외벽 사이를 지지하는 내벽 지지수단;을 포함하고, 상기 내벽 지지수단은, 플라이우드로 이루어지는 프레임; 상기 프레임의 내부 공간에 마련되는 단열부재;를 포함하며, 상기 단열부재는 경질 발포체로 이루어지는 상부 단열부재와, 내부에 진공단열패널(VIP)를 포함하는 비발포성 수지로 이루어지는 하부 단열재를 포함하는 2단 구성으로 마련될 수 있다.
상기 상부 단열부재는 경질 폴리우레탄폼(PUF)으로 이루어지고, 상기 하부 단열재는 비발포성 폴리우레탄(PU)으로 이루어질 수 있다.
상기 단열부는, 상기 내벽의 외측을 둘러싸는 스플래시 쉴드; 상기 스플래시 쉴드를 둘러싸는 에어로겔 박막층; 및 상기 에어로겔 박막층과 상기 외벽 사이에 형성되는 진공층;을 포함하는, 상기 내벽은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지고, 상기 스플래시 쉴드는 스테인리스 강, 알루미늄, 또는 알루미늄 합금으로 이루어지되, 단면이 파형을 이루는 연속된 주름부를 포함하여 상기 내벽으로부터 누출된 액화수소로부터 상기 외벽을 보호할 수 있다.
상기 진공층에는 심재(core materail)로써 펄라이트가 충전될 수 있다.
본 발명은 액화수소 저장탱크의 외부 하측에 펌프를 설치하고, 액화수소 저장탱크와 선체 사이에 형성되는 빈 공간을 통하여 액화수소를 로딩(loading)함으로써, 펌프타워를 구비하지 않고도 액화수소 저장탱크에 액화수소를 적하역하는 것이 가능하다.
따라서 본 발명은 액화수소 저장탱크 내부의 펌프타워 자체를 생략할 수 있게 되므로, 펌프타워 탑재 공정 자체를 제거함으로써 설치 공정이 단순화되고 재료비가 절감되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 슬로싱 하중이 증대되는 요인 중 하나로 작용하는 펌프타워를 제거할 수 있으므로 슬로싱 하중의 저감 효과를 도모할 수 있으며, 펌프타워를 통해 외부의 열이 저장탱크 내부 유입되는 것을 방지하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 펌프타워 뿐만 아니라 리퀴드 돔을 구비할 필요가 없어 액화수소가 리퀴드 돔에 의해 오버플로우(overflow)되는 현상을 감소시키고, 액화수소 저장탱크의 액화수소 적재량을 극대화할 수 있다.
더불어, 본 발명은 펌프가 액화수소 저장탱크의 외측에 배치되므로, 종래와 같이 저장탱크 내부에 펌프를 배치하기 위하여 극저온 잠수펌프 개발의 곤란성을 극복할 수 있으며, 펌프의 수리 혹은 교체가 필요한 경우에도 액화수소 저장탱크를 완전히 비울 필요 없이 펌프의 유지보수 작업을 실시하는 것이 가능하다.
도 1은 종래기술에 따른 액화가스 저장탱크의 로딩장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 선박용 액화수소 저장탱크의 로딩 시스템을 나타낸 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 선박용 액화수소 저장탱크의 로딩 시스템을 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 선박용 액화수소 저장탱크의 로딩 시스템은, 내측에 액화수소가 저장되는 액화수소 저장탱크(100); 및 액화수소 저장탱크(100)로 액화수소를 적하역하기 위한 로딩장치(200);를 포함한다.
본 발명에 따른 액화수소 저장탱크(100)는 종래의 액화천연가스 저장기술보다 더 엄격한 단열성능을 갖추도록 설계된다.
본 발명에 따른 액화수소 저장탱크(100)는, 내부에 저장되는 액화수소의 극저온 상태를 유지하기 위하여 내벽(110)과 이를 둘러싸는 외벽(120)을 포함하는 이중 구조로 마련되고, 내벽(110)과 외벽(120) 사이의 공간에 설치되어 열전달을 차단하는 단열부(130); 및 내벽(110)과 외벽(120) 사이에 설치되어 내벽(110)과 외벽(120) 사이의 이격을 유지시키고 내벽(110)의 하중을 지지하는 내벽 지지수단(140);을 포함한다.
내벽(110)은 내측에 액화수소가 저장되기 위한 공간이 형성된다. 내벽(110)은 액화수소와 직접 접촉하므로 액화수소의 극저온을 견딜 수 있는 저온 특성이 우수한 금속 재질로 이루어져야 한다. 바람직하게는 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금 소재로 제작될 수 있다.
외벽(120)은 내벽(110)에 가해지는 내부압력을 분담함으로써 내벽(110)의 내부압력을 고르게 지지하는 역할을 한다.
외벽(120)은 내벽(110)의 내측으로부터 전달되는 응력 또는 하중을 견디기 위하여 강(steel) 소재로 제작될 수 있다. 외벽(120)은 액화수소를 직접 밀봉하는 내벽(110)과는 달리 일반 강으로 마련되어도 충분하다. 이는 후술하는 바와 같이 내벽(110)과 외벽(120) 사이에 마련되는 단열부(130)에 의하여 액화수소의 극저온이 미치는 영향이 내벽(110)보다는 미미하고, 액화수소가 누출되더라도 스플래시 쉴드(splash shield, 131)에 의해 누출된 액화수소가 선행 차단되기 때문이다.
내벽(110) 및 외벽(120)은 내측에 저장되는 액화수소의 내부압력이 고르게 분포될 수 있도록 구형 또는 실린더형 타입으로 마련되는 것이 바람직하다.
단열부(130)는 내벽(110)의 외측을 둘러싸는 스플래시 쉴드(131), 스플래시 쉴드(131)의 외측을 둘러싸는 에어로겔 박막층(132), 에어로겔 박막층(132)와 외벽(120) 사이에 형성되는 진공층(133)을 포함한다. 즉, 스플래시 쉴드(131), 에어로겔 박막층(132) 및 진공층(133)이 내벽(110)과 외벽(120) 사이의 공간에 순차적으로 형성된다.
스플래시 쉴드(131)는 내벽(110)의 균열에 의해 액화수소가 누출시 외벽(120)을 보호하는 역할을 한다.
스플래시 쉴드(131)는 내벽(110)으로부터 액화수소가 누출될 시 이를 1차적으로 차단하는 것으로서, 저온에 강도 및 취성이 강한 금속, 예를 들어 스테인리스 강(stainless steel), 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등의 재질로 이루어질 수 있다.
스플래시 쉴드(131)는 단면이 파형을 이루도록 연속된 주름부를 포함할 수 있다. 스플래시 쉴드(131)에 형성되는 주름부는 액화수소의 극저온에 의하여 신축함으로써 응력이 집중되는 것을 방지한다. 또한, 주름부는 내벽(110)으로부터 누출된 액화수소가 일시적으로 수용될 수 있는 공간을 제공함으로써, 액화수소의 누출시에도 상당 기간 동안 액화수소의 저장 및 운송이 안정적으로 이루어질 수 있다.
한편, 스플래시 쉴드(131)에서 후술하는 내벽 지지수단(140)에 의해 지지되는 부분은 안정적으로 지지되기 위하여 평편하게 마련될 수도 있다.
에어로겔 박막층(132)은 내벽(110)과 외벽(120) 사이의 열전달을 차단한다.
에어로겔 박막층(132)은 1 ~ 50㎚ 크기의 나노입자로 이루어진 고다공성 나노구조체인 에어로겔(aerogel)을 박막으로 형성한 것으로써 단열성능이 매우 우수하다. 도 2에는 발명의 설명을 돕기 위해 과장되게 표현하였지만, 에어로겔 박막층(132)은 얇은 두께로 형성되는 것이며, 박막층의 두께는 저장탱크의 용량 등 설치 환경에 따라 적절한 두께로 설계될 수 있다. 또한, 단열성능을 더욱 극대화하기 위하여 탄소를 첨가한 실리카 에어로겔(silica aerogel)로 박막층을 형성할 수도 있다.
진공층(133)은 내벽(110)과 외벽(120) 사이의 전도와 대류에 의한 열전달을 차단한다.
진공층(133)에는 심재(core material)로써 펄라이트(perlite)가 충전될 수 있다. 진공층(133)에 펄라이트(perlite)를 충전한 상태에서 진공 배기시켜 진공 분위기를 형성하며, 이때 진공도는 약 10-4 Torr로 형성될 수 있다.
액화수소 저장탱크(100)의 하부 측면에는 진공층(133)을 진공 상태로 형성하고 이를 유지하기 위해 진공펌프(미도시) 및 진공 모니터링 수단(미도시)이 구비될 수 있다. 진공펌프 및 진공 모니터링 수단은, 후술할 바와 같이 구형 또는 실린더형 타입으로 마련되는 액화수소 저장탱크(100)와 선체(S) 바닥면 사이에 형성되는 빈 공간(A)에 배치될 수 있다.
본 발명은 에어로겔 박막층(132)과 진공층(133)에 의해 내벽(110)과 외벽(120) 사이의 열전달을 이중으로 차단함으로써, 종래의 액화천연가스(LNG) 저장탱크보다 단열성능이 훨씬 향상된다. 따라서 저장탱크의 두께를 두껍게 하는 등의 방법을 사용하지 않더라도, 액화수소 저장탱크(100)의 온도 손실을 최대한 줄이고 증발률을 최대한 감소시킬 수 있다.
내벽 지지수단(140)은 내벽(110)과 외벽(120)의 이중구조 사이에 설치되어, 내벽(110)과 외벽(120) 사이의 이격을 유지시키고 내벽(110)의 하중을 지지한다. 내벽 지지수단(140)은 내벽(110)의 저면을 지지하도록 액화수소 저장탱크(100)의 하측에 설치될 수 있다.
이때 저장탱크의 내벽(110)과 외벽(120) 사이를 지지하는 내벽 지지수단(140)에 의해 내벽(110)과 외벽(120) 사이에 열전달이 일어나 저장탱크의 단열성능을 해치는 요인이 될 수 있다.
이를 방지하기 위하여, 본 발명은 내벽(110)과 외벽(120) 사이를 지지하는 내벽 지지수단(140)이 자체적으로도 단열성능을 갖추도록 마련함으로써, 내벽 지지수단(140)을 통하여 저장탱크 내측으로 열이 유입되는 것을 효율적으로 차단하고자 한다.
내벽 지지수단(140)은 강도가 높고 열전도율이 낮은 플라이우드(plywood)로 이루어지는 프레임(141)과, 프레임(141)의 내부 공간에 마련되는 단열부재(142)를 포함한다.
프레임(141)을 이루는 플라이우드는 강도가 높아 내벽(110)에 저장되는 액화수소의 하중을 지지할 수 있고, 열전도율이 낮아 외부의 열이 내벽(110)로 전달되는 것을 상당 수준 저감시킬 수 있다. 프레임(141)은 단열부재(142)의 외측에 접착제에 의해 접착 고정될 수 있다.
단열부재(142)는 프레임(141)의 내부 공간에서 상측에 배치되는 상부 단열부재(142a)와, 프레임(141)의 내부 공간에서 하측에 배치되는 하부 단열부재(142b)를 포함하는 2단 구성으로 마련될 수 있다.
상부 단열부재(142a)는 경질 발포체로 이루어질 수 있으며, 하부 단열부재(142b)재는 내부에 진공단열패널(VIP: Vacuum Insulation Panel)을 포함하는 비발포성 수지로 이루어질 수 있다.
단열재의 소재로 가장 쉽게 사용할 수 있는 것은 폴리우레탄(polyurethane)이므로, 본 발명에서 상부 단열부재(142b)는 경질 폴리우레탄폼(PUF), 하부 단열부재(142b)는 비발포성 폴리우레탄(PU)으로 이루어질 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며 폴리우레탄 이외에도 적합한 단열성능을 갖는 다양한 단열재가 적용될 수 있다.
하부 단열부재(142b)의 내부에 포함되는 진공단열패널(VIP)은 경질 폴리우레탄폼보다 약 2배 이상의 단열성능을 가지므로, 본 발명과 같이 단열부재(142) 내부에 진공단열패널(VIP)을 포함하도록 구성하면, 단열부재(142)를 경질 폴리우레탄폼으로만 구성하는 것보다 단열성능이 뛰어나다.
또한, 하부 단열부재(142b)에 포함되는 진공단열패널(VIP)에 의해, 내벽 지지부재(140)가 설치되는 부위에서도 진공층(133)에 의한 진공단열효과가 중단되지 않고 그대로 이어질 수 있다.
경질 폴리우레탄폼으로 이루어지는 상부 단열부재(142a)와 달리 하부 단열부재(142b)를 비발포성 폴리우레탄으로 구성하는 것은, 하부 단열부재(142b)가 내부에 진공단열패널(VIP)을 포함하고 있기 때문이다. 비발포성 폴리우레탄은 설계온도가 발포폼보다는 높지만 진공단열패널(VIP)의 진공도를 반영구적으로 유지시킬 수 있다.
내벽 지지수단(140)은 외벽(120)과 접하는 하단면에 설치되는 탄성부재(143)를 더 포함할 수 있다.
액화수소가 저장되는 내벽(110)은 액화수소의 적하역에 따라 내부의 온도 변화가 크기 때문에 열수축 및 열팽창에 의한 변형이 발생할 수 있다.
이때 내벽 지지수단(140)이 내벽(110)과 외벽(120)에 고정되어 있다면, 내벽(110)의 수축 또는 팽창에 의해 응력이 발생하여 내벽(110)과 외벽(120) 또는 내벽 지지수단(140)에 크랙(crack)이 발생하거나 파손될 위험이 있다.
탄성부재(143)는 이러한 액화수소의 적하역에 따른 내벽(110)의 신축을 보상한다. 즉, 탄성부재(143)는 내벽(110)의 신축에 따라 압축 및 이완되면서 내벽(110)과 외벽(120)이 서로 안정적으로 지지되도록 한다.
본 발명에서 로딩장치(200)는, 액화수소 저장탱크(100)의 외측 하부에 배치되는 펌프(210); 및 액화수소 저장탱크(100)와 펌프(210) 사이에 설치되어 액화수소의 이송 통로를 제공하는 로딩 파이프(220);를 포함한다.
액화수소 저장탱크(100)의 외부에 배치되는 펌프(210)는, 단열재에 의해 열적으로 외부와 차폐되어 자체적으로 단열성능을 갖춘 것일 수 있으며, 추가적으로 IGC(International Gas Carrier) Code에서의 규정을 만족시키기 위해 알루미늄 합금 등의 저온용 소재에 마련된 펌프실에 의해 이중으로 외부 공간과 차폐될 수 있다.
펌프(210)는 초전도 모터(Superconducting motor)를 이용한 것일 수 있다.
로딩 파이프(220)는 펌프(210)와 액화수소 저장탱크(100) 사이를 연결하며, 펌프(210)에 구동에 의해 액화수소를 저장탱크 내측으로 로딩(loading)하거나, 저장탱크 내측에 저장된 액화수소를 외부로 언로딩(unloading)하는 이송 통로를 제공한다.
로딩 파이프(220)에서 액화수소 저장탱크(100)의 내측으로 액화수소를 공급하는 유입라인(220a)과, 액화수소 저장탱크(100) 내측으로부터 액화수소를 배출하는 배출라인(220b)은 액화수소 저장탱크(100)의 외측 하부에서 하나의 라인으로 합류되어 액화수소 저장탱크(100) 측으로 연결될 수 있다. 따라서 액화수소 저장탱크(100)의 하부에는 하나의 입구만 형성되어 외부로부터의 열전달되는 영역을 최소화할 수 있다.
로딩 파이프(220)는 IGC Code의 규정을 만족시키기 위하여 내부관과 외부관으로 이루어지는 이중관 형태로 마련될 수 있다. 내부관과 이중관 사이의 공간에는 단열재를 설치하여 외부로부터 내부관으로의 열전달을 차단할 수 있으며, 이중관의 외부에도 추가적으로 단열재를 설치할 수 있다.
한편, 본 발명의 액화수소 저장탱크(100)는 상술한 바와 같이, 내측에 저장되는 액화수소의 내부압력이 고르게 분포될 수 있도록 구형 또는 실린더형 타입으로 마련되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 본 발명의 액화수소 저장탱크(100)는 구형 또는 실린더형 타입의 독립형(Independent type) 저장탱크로 마련될 수 있다.
따라서 본 발명은 액화수소 저장탱크(100)가 가진 형태에 의해 액화수소 저장탱크(100)와 선체(S)의 바닥면 사이에 빈 공간(도 2에서 A로 표시된 부분)이 형성되는데, 본 발명은 이러한 빈 공간(A)에 펌프(210)를 배치하고, 로딩파이프(220)가 액화수소 저장탱크(100)와 선체(S) 사이의 공간을 통해 액화수소 저장탱크(100)의 저면 측으로 연결되도록 구성함으로써 공간 활용도를 극대화할 수 있다.
또한, 본 발명은 액화수소 저장탱크(100)의 외부 하측에 배치되는 펌프(210) 및 로딩파이프(220)에 의해 액화수소의 로딩이 이루어짐으로써, 펌프타워를 구비하지 않는 것이 가능함은 물론, 펌프타워 설치를 위한 리퀴드 돔 영역 또한 삭제할 수 있다.
액화수소 저장탱크(100)의 상부에는 저장탱크 내부에서 발생하는 증발가스(BOG)를 벤팅(venting)하기 위한 벤트라인이 연결되는 가스 돔(미도시)이 마련될 수 있다.
이때 본 발명에 따른 액화수소 저장탱크(100)는, 종래에 리퀴드 돔이 마련되던 영역이 삭제되므로 이 영역을 활용하여 가스 돔(미도시)을 액화수소 저장탱크(100)의 상측으로 종래보다 더 길게 설치하는 것이 가능하며, 이에 따라 액화수소 저장탱크(100)의 화물적재능력을 거의 100%까지 증대시킬 수 있다.
본 발명은 액화수소 저장탱크(100)의 외부 하측에 펌프(210)를 설치하고, 액화수소 저장탱크(100)와 선체(S) 사이에 형성되는 빈 공간을 통하여 액화수소를 로딩(loading)함으로써, 펌프타워를 구비하지 않고도 액화수소 저장탱크(100)에 액화수소를 적하역하는 것이 가능하다.
따라서 본 발명은 액화수소 저장탱크 내부의 펌프타워 자체를 생략할 수 있게 되므로, 펌프타워 탑재 공정 자체를 제거함으로써 설치 공정이 단순화되고 재료비가 절감되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 슬로싱 하중이 증대되는 요인 중 하나로 작용하는 펌프타워를 제거할 수 있으므로 슬로싱 하중의 저감 효과를 도모할 수 있으며, 펌프타워를 통해 외부의 열이 저장탱크 내부 유입되는 것을 방지하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 리퀴드 돔을 구비할 필요가 없어 액화수소가 리퀴드 돔에 의해 오버플로우(overflow)되는 현상을 감소시키고, 액화수서 저장탱크(100)의 액화수소 적재량을 극대화할 수 있다.
더불어, 본 발명은 펌프(210)가 액화수소 저장탱크(100)의 외측에 배치되므로, 종래와 같이 저장탱크 내부에 펌프를 배치하기 위하여 극저온 잠수펌프 개발의 곤란성을 극복할 수 있으며, 펌프(210)의 수리 혹은 교체가 필요한 경우에도 액화수소 저장탱크(100)를 완전히 비울 필요 없이 펌프(210)의 유지보수 작업을 실시하는 것이 가능하다.
본 발명은 액화천연가스보다 더 엄격한 단열성능을 요구하는 액화수소 저장탱크에 적용되기 위한 것이지만, 액화수소는 물론 액화천연가스(LNG), 액화석유가스(LPG), 압축천연가스(CNG) 등 타종의 액화가스를 저장하는 저장탱크에도 적용이 가능함은 물론이다.
이와 같은 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100 : 액화수소 저장탱크 110 : 내벽
120 : 외벽 130 : 단열부
131 : 스플래시 쉴드 132 : 에어로겔 박막층
133 : 진공층 140 : 내벽 지지수단
141 : 프레임 142 : 단열부재
142a : 상부 단열부재 142b : 하부 단열부재
143 : 탄성부재
200 : 로딩장치 210 : 펌프
220 : 로딩 파이프

Claims (10)

  1. 내측에 액화수소가 저장되며 구형 또는 실린더형 타입의 독립형 저장탱크로 마련되는 액화수소 저장탱크; 및
    상기 액화수소 저장탱크로 액화수소를 적하역하는 로딩장치;를 포함하고,
    상기 로딩장치는,
    상기 액화수소 저장탱크와 선체 바닥면 사이에 형성되는 빈 공간에 배치되는 펌프;
    상기 펌프와 상기 액화수소 저장탱크 사이를 연결하되, 상기 액화수소 저장탱크와 상기 선체 사이의 공간을 통해 상기 액화수소 저장탱크의 저면으로 연결되며, 상기 펌프의 구동에 의해 액화수소를 상기 액화수소 저장탱크로 로딩(loading)하거나, 상기 액화수소 저장탱크 내측에 저장된 액화수소를 외부로 언로딩(unloading)하는 이송 통로를 제공하는 로딩 파이프;를 포함하는,
    선박용 액화수소 저장탱크의 로딩 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 펌프는 단열재에 의해 외부와 차폐되어 자체적으로 단열성능을 갖춘 것을 특징으로 하는,
    선박용 액화수소 저장탱크의 로딩 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 펌프는 알루미늄 합금 소재로 마련된 펌프실에 의해 외부 공간과 이중으로 차폐되는 것을 특징으로 하는,
    선박용 액화수소 저장탱크의 로딩 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 펌프는 초전도 모터(Superconducting motor)를 이용한 것을 특징으로 하는,
    선박용 액화수소 저장탱크의 로딩 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 로딩파이프는,
    상기 액화수소 저장탱크의 내측으로 액화수소를 공급하는 유입라인; 및
    상기 액화수소 저장탱크 내측으로부터 액화수소를 배출하는 배출라인;을 포함하고,
    상기 유입라인 및 상기 배출라인은 상기 액화수소 저장탱크의 외측 하부에서 하나의 라인으로 합류되어 액화수소 저장탱크 측으로 연결되는 것을 특징으로 하는,
    선박용 액화수소 저장탱크의 로딩 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 액화수소 저장탱크는,
    내측에 액화수소가 저장되기 위한 공간이 형성되는 내벽;
    상기 내벽과의 사이에 공간을 형성하면서 상기 내벽을 둘러싸는 외벽;
    상기 내벽과 상기 외벽 사이의 공간에 설치되어 열전달을 차단하는 단열부; 및
    상기 내벽과 상기 외벽 사이를 지지하는 내벽 지지수단;을 포함하고,
    상기 내벽 지지수단은,
    플라이우드로 이루어지는 프레임;
    상기 프레임의 내부 공간에 마련되는 단열부재;를 포함하며,
    상기 단열부재는 경질 발포체로 이루어지는 상부 단열부재와, 내부에 진공단열패널(VIP)를 포함하는 비발포성 수지로 이루어지는 하부 단열재를 포함하는 2단 구성으로 마련되는 것을 특징으로 하는,
    선박용 액화수소 저장탱크의 로딩 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 상부 단열부재는 경질 폴리우레탄폼(PUF)으로 이루어지고, 상기 하부 단열재는 비발포성 폴리우레탄(PU)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    선박용 액화수소 저장탱크의 로딩 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 단열부는,
    상기 내벽의 외측을 둘러싸는 스플래시 쉴드;
    상기 스플래시 쉴드를 둘러싸는 에어로겔 박막층; 및
    상기 에어로겔 박막층과 상기 외벽 사이에 형성되는 진공층;을 포함하는,
    선박용 액화수소 저장탱크의 로딩 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 내벽은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지고,
    상기 스플래시 쉴드는 스테인리스 강, 알루미늄, 또는 알루미늄 합금으로 이루어지되, 단면이 파형을 이루는 연속된 주름부를 포함하여 상기 내벽으로부터 누출된 액화수소로부터 상기 외벽을 보호하는 것을 특징으로 하는,
    선박용 액화수소 저장탱크의 로딩 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 진공층에는 심재(core materail)로써 펄라이트가 충전되는 것을 특징으로 하는,
    선박용 액화수소 저장탱크의 로딩 시스템.
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