KR20220099292A - Heterogeneous Liquefied Gas Storage Tank - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a heterogeneous liquefied gas storage tank. The present invention relates to the liquefied gas storage tank having a tank-in-tank structure storing different types of cryogenic fluids. The heterogeneous liquefied gas storage tank according to the present embodiment comprises: an LNG storage tank for storing a liquefied natural gas; and a liquefied hydrogen storage tank installed inside the LNG storage tank and storing liquefied hydrogen.

Description

이종 액화가스 저장탱크 {Heterogeneous Liquefied Gas Storage Tank} Heterogeneous Liquefied Gas Storage Tank}

본 발명은 서로 다른 종류의 극저온 유체를 저장하는 탱크-인-탱크 구조의 액화가스 저장탱크에 관한 것이다. The present invention relates to a liquefied gas storage tank having a tank-in-tank structure for storing different types of cryogenic fluids.

국제해사기구(IMO; International Maritime Organization), 유럽연합 및 미국 등에서 선박으로부터 배출되는 대기오염물질에 대한 규제가 대폭 강화될 예정이다. 이와 같이 국제적인 선박 배출가스 규제가 강화됨에 따라 세계 각국은 친환경 저탄소연료 및 그 연료를 사용하는 선박을 개발하는데 주력하고 있다. 이에 선박의 탄소배출 제로 연료 및 기술의 점유율은 급증할 것으로 전망된다. The International Maritime Organization (IMO), the European Union and the United States will significantly strengthen regulations on air pollutants emitted from ships. As international ship emission regulations are strengthened, countries around the world are focusing on developing eco-friendly low-carbon fuels and ships using the fuels. Accordingly, the share of zero-emission fuels and technologies for ships is expected to rapidly increase.

최근까지는 기존의 화석연료를 대체할 친환경 연료로서, 천연가스가 가장 유력하게 고려되어 왔다. 실제로 천연가스 연료 선박은 2018년 09월 기준 423척 이상이 운항중이며, SOx와 NOx 배출량을 저감시키는데 크게 기여하고 있다(HFO 대비 SOx 92% 저감, NOx 80% 저감). Until recently, natural gas has been considered the most promising as an eco-friendly fuel to replace the existing fossil fuel. In fact, more than 423 vessels fueled by natural gas are in operation as of September 2018, contributing greatly to reducing SO x and NO x emissions (SO x 92% reduction compared to HFO, NO x 80% reduction).

LNG(Liquefied Natural Gas)는 천연가스를 상압에서 약 -163℃의 극저온으로 냉각하여 얻어지는 것으로서 가스 상태의 천연가스일 때보다 그 부피가 대략 1/600로 감소되므로, 천연가스 연료 선박에는 연료로서 사용할 천연가스를 극저온의 액체 상태로 저장하는 LNG 저장탱크가 구비된다. LNG (Liquefied Natural Gas) is obtained by cooling natural gas to a cryogenic temperature of about -163°C under normal pressure, and its volume is reduced to about 1/600 compared to that of natural gas in gaseous state, so it can be used as fuel for natural gas fueled ships. An LNG storage tank for storing natural gas in a cryogenic liquid state is provided.

LNG 저장탱크는 LNG를 극저온 상태로 저장하기 위한 단열재가 화물의 하중에 직접적으로 작용하는지 또는 간접적으로 작용하는지에 따라 독립형 탱크(independent type tank)와 멤브레인형 탱크(membrane type tank)로 분류된다. The LNG storage tank is classified into an independent type tank and a membrane type tank depending on whether the insulation for storing LNG in a cryogenic state acts directly or indirectly on the load of the cargo.

대표적인 독립형 탱크는 MOSS형과 SPB형으로 구분되고, 멤브레인형 탱크는 GTT NO 96, Mark Ⅲ 및 CSI로 구분된다. Representative independent tanks are divided into MOSS type and SPB type, and membrane type tanks are divided into GTT NO 96, Mark Ⅲ and CSI.

일반적으로 독립형 탱크는 알루미늄 합금으로 제조된 탱크 몸체에 폴리우레탄과 같은 비교적 단단한 단열패널을 부착시켜 만들어지며, 선체의 내부 바닥에 배열되는 복수의 탱크 지지체 상에 놓여진다. In general, a free-standing tank is made by attaching a relatively rigid insulating panel such as polyurethane to a tank body made of an aluminum alloy, and is placed on a plurality of tank supports arranged on the inner bottom of the hull.

멤브레인 타입의 GTT NO 96 타입 화물창은, 플라이우드 박스 및 펄라이트 등으로 이루어지며 LNG 측에 배치되는 1차 단열박스 및 선체의 내벽 측에 배치되는 2차 단열박스를 포함한다. 1차 단열박스 및 2차 단열박스 각각의 상측에는 인바 강(Invar 36% Ni)으로 이루어지는 1차 밀봉벽(1차 멤브레인) 및 2차 밀봉벽(2차 멤브레인)이 설치된다. The membrane-type GTT NO 96 cargo hold includes a primary insulation box made of a plywood box and perlite, etc., arranged on the LNG side, and a secondary insulation box arranged on the inner wall side of the hull. A primary sealing wall (primary membrane) and a secondary sealing wall (secondary membrane) made of Invar steel (Invar 36% Ni) are installed above each of the primary insulation box and the secondary insulation box.

이와 같이 LNG 저장탱크는 극저온의 LNG가 액상을 유지하도록 하기 위해, 단열 구조가 필수적이다. As such, the LNG storage tank has a thermal insulation structure so that cryogenic LNG maintains a liquid phase.

향후 선박의 온실가스 배출 규제는 2050년까지 주요 기점마다 단계적으로 강화될 예정임에 따라, 기존의 엔진 및 연료만으로는 규제를 준수하기 어려울 것으로 전망된다. As the greenhouse gas emission regulations for ships will be strengthened in stages at each major point by 2050, it is expected that it will be difficult to comply with the regulations only with the existing engines and fuels.

현재 온실가스 배출 감소를 위한 대안으로 검증되어 실선 적용되고 있는 LNG 연료의 경우에도, 향후 강화되는 규제 조건을 만족시키기 어려운 것은 마찬가지이다. Even in the case of LNG fuel, which has been verified as an alternative for reducing greenhouse gas emissions and is currently being applied as a real ship, it is the same as it is difficult to satisfy the stricter regulatory conditions in the future.

특히 LNG 연료는 HFO 대비 이산화탄소 배출 저감효과가 15 ~ 25%에 불과하여, 이산화탄소의 저감에는 제한적이라는 단점이 있기 때문에, 장기적인 관점에서 기존의 다른 화석연료들과 마찬가지로 선박의 배출 규제를 준수하기 어려울 것이다. 또한, 2050년까지 교역 증가에 따른 선박의 운항 증가로 LNG를 통한 배출가스의 저감이 총량 기준으로는 효과가 없을 것이고, 엔진의 메탄 슬립 등 불연소 메탄가스의 대기 누출에 다른 악영향이 저감 효과를 상쇄시킬 것이라는 전망도 나오고 있다.In particular, LNG fuel is only 15 to 25% effective in reducing carbon dioxide emissions compared to HFO, so it has a limitation in reducing carbon dioxide. . In addition, by 2050, the reduction of exhaust gas through LNG will not be effective in terms of the total amount due to the increase in vessel operation due to the increase in trade, and other adverse effects on atmospheric leakage of unburned methane gas such as engine methane slip will be reduced. There is also the prospect of offsetting it.

이와 같이 중단기적으로는 기존의 화석연료를 LNG 등 친환경 연료로 전환하더라도 장기적으로는 더 미래지향적인 대안이 필요하며, 앞으로 강화될 규제를 만족시킬 수 있는 대체연료의 발굴이 매우 시급하다. Even if the existing fossil fuels are converted to eco-friendly fuels such as LNG in the short to medium term, more future-oriented alternatives are needed in the long term, and it is very urgent to find alternative fuels that can satisfy the regulations to be strengthened in the future.

차세대 선박 연료의 대안으로서, 탄소배출 제로 연료인 수소가 각광받고 있다. 수소는 청정하고 무한하며, 동일 중량 기준 휘발유의 3배가량의 에너지량을 가지는 미래 청정에너지이다. 수소를 연료로 사용하면 오염물질 배출이 없다는 점에서 주목받고 있다. 선박용 연료로서도 수소의 점유율이 상승할 것이 기대되고 있다. As an alternative to next-generation marine fuels, hydrogen, a zero-emission fuel, is in the spotlight. Hydrogen is clean and infinite, and it is the clean energy of the future that has about three times the amount of energy of gasoline based on the same weight. When hydrogen is used as a fuel, it is attracting attention because there is no emission of pollutants. The share of hydrogen as a fuel for ships is also expected to rise.

수소는 기체나 액체 어떤 형태로든 저장이 가능하지만, 대규모 수소의 이용에 있어서는 액화수소가 저장 및 운송의 관점에서 상대적으로 에너지 밀도와 수송 효율이 높아 유리한 것으로 인식되고 있다. 그러나, 액화수소는 비점이 약 -253℃인 초저온의 유체이고, 비중은 LNG(Liquefied Natural Gas)의 약 1/6 수준으로 작아 체적당 BOR(Boil-Off Rate)이 LNG의 약 10배에 달할 정도로 높다. Hydrogen can be stored in any form of gas or liquid, but in the use of large-scale hydrogen, liquid hydrogen is recognized as advantageous because of its relatively high energy density and transport efficiency in terms of storage and transport. However, liquid hydrogen is an ultra-low temperature fluid with a boiling point of about -253°C, and its specific gravity is about 1/6 of that of LNG (Liquefied Natural Gas), so the BOR (Boil-Off Rate) per volume is about 10 times that of LNG. so high

이러한 이유로, 액화수소를 저장하고 운송하는데 있어서, 액화수소의 선적 및 하역 시에도 대량의 플래시 가스(flash gas)가 발생하게 되며, 운송 중에도 액화수소 저장탱크 내부에서 액화수소가 자연기화하여 BOG(Boil-Off Gas)로 손실되어, 액화수소의 수송 효율을 떨어뜨리게 된다. 액화수소 저장탱크에서 생성되는 BOG는 액화수소 저장탱크 자체의 열 누출에 의한 에너지 전달과 선박의 흔들림에 영향을 받아 유체가 전체적으로 움직이게 되고 이 운동 에너지에 의해 상변화가 발생하기 때문인데, 이러한 원인들은 근본적으로 해결하기 어렵다. For this reason, in storing and transporting liquid hydrogen, a large amount of flash gas is generated even during loading and unloading of liquid hydrogen. -Off Gas), which reduces the transport efficiency of liquid hydrogen. BOG generated in the liquid hydrogen storage tank is affected by energy transfer due to heat leakage of the liquid hydrogen storage tank itself and the shaking of the vessel, so that the fluid as a whole moves and a phase change occurs by this kinetic energy. fundamentally difficult to solve.

또한, 극저온의 액화가스를 저장하기 위한 저장탱크를 제작하는데는 비용이 많이 들고 단열재를 구비하기에, 선박에 LNG와 액화수소를 저장하는 저장탱크를 각각 구비하기에는 비용적, 공간적 제약이 크다. In addition, since it is expensive to manufacture a storage tank for storing cryogenic liquefied gas and a heat insulating material is provided, it is costly and spatially constrained to provide a storage tank for storing LNG and liquefied hydrogen on a ship, respectively.

따라서, 본 발명은, 상술한 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, LNG와 액화수소 등 서로 다른 종류의 극저온 액화가스를 효과적으로 저장할 수 있는 탱크-인-탱크 구조의 이종 액화가스 저장탱크를 제공하고자 한다. Accordingly, the present invention is to solve the above problems, and to provide a heterogeneous liquefied gas storage tank of a tank-in-tank structure that can effectively store different types of cryogenic liquefied gas such as LNG and liquefied hydrogen.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 액화천연가스를 저장하는 LNG 저장탱크; 및 LNG 저장탱크 내부에 설치되며, 액화수소를 저장하는 액화수소 저장탱크;를 포함하는, 이종 액화가스 저장탱크가 제공된다. According to one aspect of the present invention for achieving the above object, an LNG storage tank for storing liquefied natural gas; and a liquefied hydrogen storage tank installed inside the LNG storage tank and storing liquefied hydrogen.

바람직하게는, 상기 액화수소 저장탱크에 구비되며 상기 액화천연가스의 온도와 액화수소의 온도차를 견디도록 설계된 단열부;를 더 포함할 수 있다.Preferably, it is provided in the liquefied hydrogen storage tank and a heat insulating part designed to withstand the temperature difference between the temperature of the liquefied natural gas and the liquefied hydrogen; may further include.

바람직하게는, 상기 액화수소 저장탱크의 외벽과 상기 LNG 저장탱크의 내벽을 연결하며, 상기 액화수소 저장탱크가 상기 LNG 저장탱크 내부에 고정되도록 하는 하나 이상의 지지부재;를 더 포함할 수 있다.Preferably, at least one support member connecting the outer wall of the liquid hydrogen storage tank and the inner wall of the LNG storage tank and fixing the liquid hydrogen storage tank inside the LNG storage tank; may further include.

바람직하게는, 상기 LNG 저장탱크에 저장된 LNG를 상기 LNG 저장탱크 외부로 배출시키기 위한 LNG 공급펌프; 및 상기 액화수소 저장탱크에 저장된 액화수소를 상기 액화수소 저장탱크 외부로 배출시키기 위한 액화수소 공급펌프;를 더 포함할 수 있다. Preferably, an LNG supply pump for discharging the LNG stored in the LNG storage tank to the outside of the LNG storage tank; and a liquid hydrogen supply pump for discharging the liquid hydrogen stored in the liquid hydrogen storage tank to the outside of the liquid hydrogen storage tank.

바람직하게는, 상기 LNG 공급펌프와 연결되는 배관이 상기 LNG 저장탱크 외부를 관통하는 경로를 제공하는 LNG 돔;을 더 포함할 수 있다.Preferably, it may further include an LNG dome providing a path through which a pipe connected to the LNG supply pump passes through the outside of the LNG storage tank.

바람직하게는, 상기 액화수소 공급펌프와 연결되는 배관이 상기 LNG 저장탱크 외부를 관통하는 경로를 제공하는 액화수소 돔;을 더 포함할 수 있다.Preferably, a liquid hydrogen dome providing a path through which a pipe connected to the liquid hydrogen supply pump passes through the outside of the LNG storage tank; may further include.

본 발명에 따른 이종 액화가스 저장탱크는, 액화천연가스 저장탱크 내부에 액화수소 저장탱크를 구비함으로써, 이종의 액화가스를 극저온으로 용이하게 유지시킬 수 있고, 온도 상승을 효과적으로 억제할 수 있어 액화가스를 고밀도로 저장할 수 있다. The heterogeneous liquefied gas storage tank according to the present invention, by providing a liquefied hydrogen storage tank inside the liquefied natural gas storage tank, can easily maintain the heterogeneous liquefied gas at a cryogenic temperature, and can effectively suppress the temperature rise, so that the liquefied gas can be stored at high density.

또한, 액화천연가스는 액화수소의 극저온에 의해, 액화수소는 액화천연가스에 의해 외부로부터의 열침입이 차단되므로, 액화천연가스 및 액화수소의 자연기화를 억제할 수 있다. In addition, since the liquefied natural gas is blocked by the cryogenic temperature of the liquefied hydrogen, and the liquefied natural gas from the outside by the liquefied natural gas, it is possible to suppress the natural vaporization of the liquefied natural gas and liquefied hydrogen.

또한, 액화천연가스와 액화수소를 선박용 엔진의 연료로서 선박에 저장할 수 있으면서도, 액화천연가스 저장탱크와 액화수소 저장탱크를 각각 구비할 때보다 공간 효율성을 높일 수 있다. In addition, while liquefied natural gas and liquefied hydrogen can be stored in a ship as a fuel for a marine engine, space efficiency can be increased compared to when each of the liquefied natural gas storage tank and the liquefied hydrogen storage tank are provided.

또한, 수소를 연료로 사용하여 추진하고, 전력을 생산할 수 있는 친환경 선박에 적용될 수 있으며, Tier Ⅲ 등 선박 관련 규제를 만족시킬 수 있다. In addition, it can be applied to eco-friendly ships that can be propelled by using hydrogen as a fuel and produce electricity, and can satisfy ship-related regulations such as Tier III.

또한, 액화수소 저장탱크의 단열재 두께를 줄일 수 있어 저장탱크의 무게를 줄일 수 있고 단열 비용을 절감할 수 있다. In addition, since the thickness of the insulating material of the liquid hydrogen storage tank can be reduced, the weight of the storage tank can be reduced and the insulation cost can be reduced.

또한, 액화천연가스 저장탱크 내부에 구비되는 액화수소 저장탱크의 돔을 액화천연가스 저장탱크 외부로 노출시켜 액화수소 저장탱크 내 펌프 설치나 유지 보수를 용이하게 할 수 있다. In addition, by exposing the dome of the liquefied hydrogen storage tank provided inside the liquefied natural gas storage tank to the outside of the liquefied natural gas storage tank, it is possible to facilitate installation or maintenance of a pump in the liquefied hydrogen storage tank.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탱크-인-탱크 구조의 이종 액화가스 저장탱크를 간략하게 도시한 구성도이다. 1 is a schematic diagram illustrating a heterogeneous liquefied gas storage tank having a tank-in-tank structure according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the operational advantages of the present invention and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings illustrating preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조 부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.Hereinafter, the configuration and operation of the preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Here, in adding reference signs to the elements of each drawing, it should be noted that only the same elements are indicated by the same reference numerals as much as possible even though they are indicated on different drawings.

이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 액화가스 저장탱크를 설명한다. Hereinafter, a heterogeneous liquefied gas storage tank according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 .

본 발명의 일 실시예에 있어서, 액화가스는, 상압 및 상온에서 기체 상태인 가스를 저온으로 액화시킨 것일 수 있으며, 예를 들어 LNG(Liquefied Natural Gas), LEG(Liquefied Ethane Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), 액화에틸렌가스(Liquefied Ethylene Gas), 액화프로필렌가스(Liquefied Propylene Gas) 등과 같은 액화 탄화수소 화합물일 수 있고, 또한, 액화질소(LN2), 액화수소(LH2), 액화암모니아(LNH3) 등 상온, 상압 조건 하에서 기체 상태로 존재하지만 압축, 냉각 등의 공정을 통해 액상으로 액화시켜 저장되는 액화가스일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the liquefied gas may be a gas obtained by liquefying a gas in a gaseous state at normal pressure and room temperature at a low temperature, for example, LNG (Liquefied Natural Gas), LEG (Liquefied Ethane Gas), LPG (Liquefied Gas). Petroleum Gas), liquefied ethylene gas (Liquefied Ethylene Gas), liquefied propylene gas (Liquefied Propylene Gas), etc. may be a liquefied hydrocarbon compound, in addition, liquid nitrogen (LN 2 ), liquid hydrogen (LH 2 ), liquid ammonia (LNH) 3 ) Although it exists in a gaseous state under normal temperature and atmospheric pressure conditions, etc., it may be a liquefied gas that is stored after being liquefied into a liquid phase through processes such as compression and cooling.

후술하는 실시예에서 액화가스는 추진이나 발전용 연료로 사용하거나 또는 화물로서 적재되는 것으로, LNG와 액화수소인 것을 예로 들어 설명한다. In the embodiments to be described later, the liquefied gas is used as a fuel for propulsion or power generation or is loaded as a cargo, and will be described with LNG and liquefied hydrogen as examples.

또한, 본 발명의 일 실시예들에 따른 이종 액화가스 저장탱크는 선박 또는 해상구조물에 적용될 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니며 육상에 적용될 수도 있다. In addition, the heterogeneous liquefied gas storage tank according to embodiments of the present invention may be applied to a ship or an offshore structure. However, the present invention is not limited thereto and may be applied to land.

여기서 선박 또는 해상구조물은, 액화가스를 추진용 엔진의 연료 또는 발전용 엔진의 연료로 사용할 수 있는 엔진 등의 설비가 설치된 모든 종류의 선박일 수 있다. 또한, 액화가스를 연료로 사용하는 선박이라면 그 형태를 불문하고 본 발명의 일 실시예에 따른 선박에 적용될 수 있다. 예를 들어, LNG 운반선(LNG Carrier), 액화수소 운반선, LNG RV(Regasification Vessel)와 같은 자체 추진 능력을 갖는 선박을 비롯하여, LNG FPSO(Floating Production Storage Offloading), LNG FSRU(Floating Storage Regasification Unit)와 같이 추진 능력을 갖지는 않지만 해상에 부유하고 있는 해상 구조물을 포함할 수 있다. Here, the vessel or offshore structure may be any type of vessel in which equipment such as an engine capable of using liquefied gas as a fuel for a propulsion engine or a fuel for an engine for power generation is installed. In addition, any type of vessel using liquefied gas as a fuel may be applied to the vessel according to an embodiment of the present invention. For example, including ships with self-propelled capabilities such as LNG carriers, liquid hydrogen carriers, and LNG RVs (Regasification Vessels), LNG Floating Production Storage Offloading (FPSO), LNG FSRU (Floating Storage Regasification Unit) and May include offshore structures that do not have the same propulsion capability but are floating in the sea.

다만, 후술하는 실시예에서는 액화가스 운반선 또는 액화가스 연료 선박인 것을 예로 들어 설명하기로 한다.However, in the embodiment to be described later, a liquefied gas carrier or a liquefied gas fuel vessel will be described as an example.

예를 들어, 본 실시예에서 선박은, LNG, 액화수소 및 천연가스와 수소기체의 혼합가스를 연료로 사용하는 LNG 운반선, 액화수소 운반선 또는 LNG-액화수소 운반선일 수 있다. For example, in this embodiment, the ship may be an LNG carrier, a liquid hydrogen carrier, or an LNG-liquid hydrogen carrier using LNG, liquid hydrogen, and a mixed gas of natural gas and hydrogen gas as fuel.

또한, 본 발명의 일 실시예들에 있어서 추진 또는 발전 설비는, 액화가스, 즉, LNG나 액화수소를 기화시킨 가스를 연료로 사용하거나, 액상 그대로 연료로 사용하여 연소에 의해 추진력 또는 전력을 생산하는 엔진일 수 있고, LNG나 수소를 연료로 사용하여 전기화학적 반응에 의해 전력을 생산하는 연료전지일 수도 있다. 또한, 여기서 엔진이나 연료전지는 LNG, 천연가스, 액화수소, 수소기체를 각각 연료로 사용할 수 있고, 천연가스와 수소기체를 혼소할 수도 있다. In addition, in one embodiment of the present invention, the propulsion or power generation facility uses liquefied gas, that is, gas obtained by vaporizing LNG or liquefied hydrogen as a fuel, or produces propulsion or electric power by combustion by using it as a fuel as it is in a liquid state. It may be an engine that uses LNG or hydrogen as a fuel to generate electricity through an electrochemical reaction. In addition, the engine or fuel cell may use LNG, natural gas, liquid hydrogen, and hydrogen gas as fuel, respectively, and may mix natural gas and hydrogen gas.

본 실시예에 따른 이종 액화가스 저장탱크는, LNG와 액화수소를 모두 저장한다. The heterogeneous liquefied gas storage tank according to this embodiment stores both LNG and liquefied hydrogen.

본 실시예의 이종 액화가스 저장탱크는, 내부 탱크로서 액화수소(LH2)가 저장되는 액화수소 저장탱크(200)와, 액화수소 저장탱크(200)를 둘러싸는 형태의 외부 탱크로서 LNG를 저장하는 LNG 저장탱크(100)를 포함하는 탱크-인-탱크(tank-in-tank) 구조로 이루어진다. The heterogeneous liquefied gas storage tank of this embodiment is a liquid hydrogen storage tank 200 in which liquid hydrogen (LH 2 ) is stored as an inner tank, and an external tank of the type surrounding the liquid hydrogen storage tank 200 to store LNG. It has a tank-in-tank structure including the LNG storage tank 100 .

즉, LNG 저장탱크(100) 내부에 액화수소 저장탱크(200)가 구비된다. That is, the liquid hydrogen storage tank 200 is provided inside the LNG storage tank 100 .

본 실시예와 같이, LNG 저장탱크(100)가 액화수소 저장탱크(200)를 둘러싸는 형태의 이종 액화가스 저장탱크는, 외부 탱크인 LNG 저장탱크(100)와 내부 탱크인 액화수소 저장탱크(200)가 서로 단열 수단이 될 수 있다.As in this embodiment, the heterogeneous liquefied gas storage tank of the type in which the LNG storage tank 100 surrounds the liquefied hydrogen storage tank 200 is an external tank, an LNG storage tank 100, and an internal tank, a liquefied hydrogen storage tank ( 200) can be a means of insulating each other.

수소의 끓는점은 약 -253℃이고, LNG의 끓는점은 약 -163℃이다. The boiling point of hydrogen is about -253°C, and the boiling point of LNG is about -163°C.

종래의 액화수소 저장탱크는, 액화수소 저장탱크 내부의 -253℃의 극저온과, 액화수소 저장탱크 외부의 실온(약 20℃)의 온도차를 견딜 수 있도록 설계된다. 또한 종래의 LNG 저장탱크는, LNG 저장탱크 내부의 -163℃의 극저온과, LNG 저장탱크 외부의 실온(약 20℃)의 온도차를 견딜 수 있도록 설계된다.The conventional liquid hydrogen storage tank is designed to withstand a temperature difference of -253 ° C. inside the liquid hydrogen storage tank and room temperature (about 20 ° C.) outside the liquid hydrogen storage tank. In addition, the conventional LNG storage tank is designed to withstand a temperature difference of -163 ℃ inside the LNG storage tank and room temperature (about 20 ℃) outside the LNG storage tank.

즉, 종래에 액화수소 저장탱크의 단열 구조는 약 270℃ 이상의 온도차를 견딜 수 있도록 매우 두껍게 구성되며 고가의 재질을 사용할 수밖에 없었다. That is, in the prior art, the insulation structure of the liquid hydrogen storage tank is configured to be very thick to withstand a temperature difference of about 270° C. or more, and an expensive material has to be used.

그러나, 본 실시예에 따르면, 액화수소 저장탱크(200)를, LNG 저장탱크(100)의 내부에 설치함으로써, 액화수소 저장탱크(200)의 단열부는 LNG와의 온도차, 즉, 약 90℃의 온도차를 견디도록 설계되므로, 단열 구성이 간단해지고, 단열부의 두께를 얇게 제작할 수 있다. However, according to this embodiment, by installing the liquid hydrogen storage tank 200 inside the LNG storage tank 100 , the heat insulating part of the liquid hydrogen storage tank 200 has a temperature difference with LNG, that is, a temperature difference of about 90° C. Since it is designed to withstand

도 1에는 LNG 저장탱크(100) 내부에 하나의 액화수소 저장탱크(200)가 구비된 이종 액화가스 저장탱크가 도시되어 있지만, LNG 저장탱크(100) 내부에는 하나 이상의 액화수소 저장탱크(200)가 구비될 수도 있을 것이다.1 shows a heterogeneous liquefied gas storage tank having one liquefied hydrogen storage tank 200 inside the LNG storage tank 100, but one or more liquefied hydrogen storage tanks 200 inside the LNG storage tank 100 may be provided.

본 실시예의 LNG 저장탱크(100)에는 LNG 저장탱크(100)에 저장된 LNG를 LNG 저장탱크(100) 외부로 배출시키기 위한 LNG 공급펌프(110)와, LNG 공급펌프(110)와 연결되는 배관이 통과하도록 LNG 저장탱크(100) 상부에 구비되는 LNG 돔(120)이 구비된다. The LNG storage tank 100 of this embodiment includes an LNG supply pump 110 for discharging the LNG stored in the LNG storage tank 100 to the outside of the LNG storage tank 100 , and a pipe connected to the LNG supply pump 110 . An LNG dome 120 provided above the LNG storage tank 100 is provided to pass through.

또한, 본 실시예의 액화수소 저장탱크(200)에는 액화수소 저장탱크(200)에 저장된 액화수소를 액화수소 저장탱크(200) 외부로 배출시키기 위한 액화수소 공급펌프(210)가 구비되며, 액화수소 공급펌프(210)와 연결되는 배관이 통과하도록 액화수소 저장탱크(200)에 구비되는 액화수소 돔(220)은, 도 1에 도시된 바와 같이, LNG 저장탱크(100)의 외부까지 노출되도록 연장된다. In addition, the liquid hydrogen storage tank 200 of this embodiment is provided with a liquid hydrogen supply pump 210 for discharging the liquid hydrogen stored in the liquid hydrogen storage tank 200 to the outside of the liquid hydrogen storage tank 200, liquid hydrogen The liquid hydrogen dome 220 provided in the liquid hydrogen storage tank 200 is extended to be exposed to the outside of the LNG storage tank 100 as shown in FIG. 1 so that the pipe connected to the supply pump 210 passes through. do.

이와 같이 액화수소 돔(220)이 LNG 저장탱크(100)의 외부로 노출되도록 함으로써, 액화수소 공급펌프(210)의 설치와, 액화수소 공급펌프(210) 및 액화수소 저장탱크(200)의 유지보수가 용이하도록 할 수 있다. As such, by exposing the liquid hydrogen dome 220 to the outside of the LNG storage tank 100 , the installation of the liquid hydrogen supply pump 210 and the maintenance of the liquid hydrogen supply pump 210 and the liquid hydrogen storage tank 200 . It can make maintenance easier.

LNG 돔(120)과 액화수소 돔(220)은 도 1에 도시된 바와 같이 각각 구비될 수도 있고, LNG 돔(120)을 공동으로 함께 사용하도록 할 수도 있을 것이다. The LNG dome 120 and the liquid hydrogen dome 220 may be respectively provided as shown in FIG. 1 , and the LNG dome 120 may be jointly used together.

본 실시예의 액화수소 저장탱크(200)는, 액화수소 돔(220)이 LNG 저장탱크(100)의 외부로 노출되기 쉽도록 LNG 저장탱크(100) 내부에 수직형으로 설치될 수 있다. The liquid hydrogen storage tank 200 of this embodiment may be vertically installed inside the LNG storage tank 100 so that the liquid hydrogen dome 220 is easily exposed to the outside of the LNG storage tank 100 .

이때 액화수소 저장탱크(200)는 슬로싱을 저감할 수 있는 구조로 제작되거나 또는, 액화수소 저장탱크(200)에는 액화수소의 슬로싱을 저감하기 위한 슬로싱 저감 수단(미도시)이 구비될 수도 있다. At this time, the liquid hydrogen storage tank 200 is manufactured to have a structure capable of reducing sloshing, or the liquid hydrogen storage tank 200 is provided with a sloshing reducing means (not shown) for reducing the sloshing of liquid hydrogen. may be

본 실시예의 액화수소 저장탱크(200)는, 내조, 보냉층 및 외조로 형성되는 이중 구조의 극저온 탱크일 수 있다. 이때 보냉층에 기체가 충전되면, 액화수소의 저온으로 기체가 고화 또는 액화될 수 있어 위험하므로, 보냉층은 진공 배기 상태로 할 수 있다.The liquid hydrogen storage tank 200 of this embodiment may be a cryogenic tank of a dual structure formed of an inner tank, a cooling layer and an outer tank. At this time, when the gas is filled in the cooling layer, the gas may be solidified or liquefied at the low temperature of liquid hydrogen, which is dangerous, so the cooling layer may be evacuated.

또한, 본 실시예에 따르면, 액화수소 저장탱크(200)의 외조 외벽과, LNG 저장탱크(100)의 내조 내벽을 연결하는 지지부재(230)를 더 포함할 수 있다. In addition, according to this embodiment, the support member 230 for connecting the outer wall of the outer tank of the liquid hydrogen storage tank 200 and the inner wall of the LNG storage tank 100 may be further included.

본 실시예의 액화수소 저장탱크(200)는 LNG 저장탱크(100)의 내부에 직접 용접에 의해 고정설치되는 것이 아니라, 지지부재(supports)(230)를 이용하여 액화수소 저장탱크(200)를 LNG 저장탱크(100)에 고정시켜 완전히 부착되도록 할 수 있다. The liquid hydrogen storage tank 200 of this embodiment is not fixedly installed inside the LNG storage tank 100 by direct welding, but the liquid hydrogen storage tank 200 is stored in the LNG storage tank 200 by using the supports 230 . It can be fixed to the storage tank 100 so that it can be completely attached.

도 1에는 지지부재(230)가 액화수소 저장탱크(200)의 하부와 측면에 다수개 구비되는 것을 예로 들어 도시하였으나, 지지부재(230)는 액화수소 저장탱크(200)의 좌측면, 우측면, 상측면, 하측면 중 어느 한 곳 이상에 각각 하나 이상씩 구비되는 등 액화수소 저장탱크(200)가 안정적으로 LNG 저장탱크(100) 내부에 고정될 수 있도록 적절하게 구비될 수 있다.1, the support member 230 is shown as an example that a plurality of the lower and side surfaces of the liquid hydrogen storage tank 200 are provided, but the support member 230 is the left side and the right side of the liquid hydrogen storage tank 200, The liquid hydrogen storage tank 200 may be appropriately provided so as to be stably fixed inside the LNG storage tank 100, such as one or more provided on at least one of the upper side and the lower side, respectively.

또한, 도 1에는 액화수소 저장탱크(200)가 LNG 저장탱크(100) 내부의 한쪽 측면에 치우쳐서 구비되는 것을 예로 들어 도시하였으나, 액화수소 저장탱크(200)는 LNG 저장탱크(100)의 가운데에 설치될 수도 있을 것이다.In addition, although FIG. 1 illustrates that the liquid hydrogen storage tank 200 is provided to be biased toward one side of the interior of the LNG storage tank 100 as an example, the liquid hydrogen storage tank 200 is located in the middle of the LNG storage tank 100 . may be installed.

LNG 저장탱크(100) 내부에 액화수소 저장탱크(200)가 설치되는 위치는 특별히 한정하는 것은 아니지만, 액화수소 돔(220) 또는 LNG 돔(120)과 가까이 위치할 수록 유리하고, 특히, LNG 공급펌프(110)의 토출부가 LNG 돔(120)을 통해 탱크 외부로 연결되는 위치와 가까이 있는 것이 유리하다. The position where the liquid hydrogen storage tank 200 is installed inside the LNG storage tank 100 is not particularly limited, but it is advantageous as it is located closer to the liquid hydrogen dome 220 or the LNG dome 120 , and in particular, LNG supply It is advantageous that the discharge part of the pump 110 is close to the position where it is connected to the outside of the tank through the LNG dome 120 .

수소의 비점은 약 -253℃으로, 헬륨 가스 등을 제외한 대부분의 기체와 접하면 기체가 고화 또는 액화될 수 있으므로 액화수소 저장탱크(200)는 물론 액화수소를 다루는 각종 장치 및 각 구성 요소들을 연결하는 배관 등은 단열처리될 수 있다.The boiling point of hydrogen is about -253°C, and since the gas can be solidified or liquefied when in contact with most gases except for helium gas, etc., the liquid hydrogen storage tank 200 as well as various devices and components handling liquid hydrogen are connected. The piping and the like may be insulated.

또한, 본 실시예의 액화수소 저장탱크(200)는 실린더 타입 또는 구형 타입의 탱크일 수 있다. 실린더 타입의 액화수소 저장탱크(200)는 액화수소를 선적 및 하역할 때 유연하게 저온 수축될 수 있고, 구형 타입에 비해 설치가 용이하여 LNG 저장탱크(100) 내 공간을 활용적으로 사용할 수 있다. 구형 타입의 액화수소 저장탱크(200)는 증발가스 생성에 따른 압력 상승을 견디기에 유리한 구조이다. In addition, the liquid hydrogen storage tank 200 of this embodiment may be a cylinder type or a spherical type tank. The cylinder-type liquid hydrogen storage tank 200 can be flexibly contracted at low temperature when liquid hydrogen is loaded and unloaded, and it is easy to install compared to the spherical type, so that the space in the LNG storage tank 100 can be utilized effectively. . The spherical type liquid hydrogen storage tank 200 has an advantageous structure to withstand the pressure increase caused by the generation of boil-off gas.

또한, 본 실시예의 액화수소 저장탱크(200)는 증발가스 생성에 따른 압력 상승을 견딜 수 있는 압력탱크일 수 있다. 예를 들어, 액화수소 저장탱크(200)는 약 4 bar 내지 30 bar 정도의 설정압력까지의 압력 상승을 견딜 수 있는 구조이고, 내압이 설정압력을 초과하면 안전밸브가 자동으로 개방되어 액화수소 저장탱크(200)로부터 증발가스를 배출시키도록 제어될 수 있다.In addition, the liquid hydrogen storage tank 200 of the present embodiment may be a pressure tank capable of withstanding a pressure increase caused by the generation of boil-off gas. For example, the liquid hydrogen storage tank 200 has a structure that can withstand a pressure rise up to a set pressure of about 4 bar to 30 bar, and when the internal pressure exceeds the set pressure, the safety valve is automatically opened to store liquid hydrogen It may be controlled to discharge the boil-off gas from the tank 200 .

LNG 저장탱크(100)와 액화수소 저장탱크(200)에서 발생한 증발가스는 엔진(미도시)의 연료로 공급될 수도 있고, 연료전지(미도시)의 연료로 공급될 수도 있으며, 재액화 장치(미도시)에 의해 재액화되어 각 저장탱크로 다시 회수될 수도 있을 것이다. BOG generated in the LNG storage tank 100 and the liquefied hydrogen storage tank 200 may be supplied as fuel for an engine (not shown) or as fuel for a fuel cell (not shown), and a reliquefaction device ( (not shown) may be reliquefied and recovered back to each storage tank.

LNG의 증발가스를 재액화시켜 다시 회수할 때, 액화수소의 증발가스는 LNG의 증발가스를 냉각시키기 위한 냉매로 사용될 수 있다. When the boil-off gas of LNG is re-liquefied and recovered again, the boil-off gas of liquefied hydrogen may be used as a refrigerant for cooling the boil-off gas of LNG.

본 실시예의 엔진은, LNG의 증발가스(즉, 메탄 풍부 가스)와, 액화수소의 증발가스(즉, 수소 풍부 가스)와, 메탄 및 수소의 혼합 가스를 압축한 가스 중 어느 하나 이상을 연료로 사용할 수 있는 고압 또는 저압엔진일 수 있다.The engine of this embodiment uses any one or more of LNG boil-off gas (ie, methane-rich gas), liquid hydrogen boil-off gas (ie, hydrogen-rich gas), and compressed gas of methane and hydrogen as fuel. It can be a high-pressure or low-pressure engine that can be used.

고압엔진은, ME-GI(MAN Electronic Gas Injection) 엔진 또는 X-DF(eXtra long stroke Dual Fuel) 엔진일 수 있다. ME-GI 엔진은, 디젤 사이클(Diesel Cycle)을 채택하는 2-스트로크 엔진으로, 가스 연료로는 약 150 내지 300 bar의 연료 압력 조건이 요구되는 고압분사 엔진이다. X-DF 엔진은 오토 사이클을 채택하는 2-스트로크 엔진으로, 약 12 내지 18 bar 연료 압력 조건이 요구되는 중압분사 엔진이다.The high-pressure engine may be a MAN Electronic Gas Injection (ME-GI) engine or an eXtra long stroke Dual Fuel (X-DF) engine. The ME-GI engine is a two-stroke engine employing a diesel cycle, and is a high-pressure injection engine that requires a fuel pressure of about 150 to 300 bar as gas fuel. The X-DF engine is a 2-stroke engine adopting an auto cycle, and is a medium-pressure injection engine that requires a fuel pressure of about 12 to 18 bar.

저압엔진은, DFDE(Dual Fuel Diesel Electric) 또는 DFDG(Dual Fuel Diesel Generator)일 수 있다. DFDE는, 오토 사이클(Otto cycle)을 채택하는 4-스트로크 엔진으로, 가스 연료로는 약 4 내지 8 bar의 연료 압력 조건이 요구되는 저압분사 엔진이다.The low pressure engine may be a Dual Fuel Diesel Electric (DFDE) or a Dual Fuel Diesel Generator (DFDG). The DFDE is a 4-stroke engine employing an Otto cycle, and is a low-pressure injection engine that requires a fuel pressure of about 4 to 8 bar as gas fuel.

본 실시예의 고압엔진 및 저압엔진은, LNG 증발가스 또는 LNG를 강제기화시킨 강제기화가스 또는 LNG 증발가스와 수소 증발가스를 혼합한 혼합증발가스를 연료로 사용할 수 있으며, LNG 증발가스와 수소 증발가스를 연료로 사용함으로써, 배기가스에 포함되는 오염물질을 저감시킬 수 있다. The high-pressure engine and the low-pressure engine of this embodiment may use LNG boil-off gas, forced vaporization gas obtained by forcibly vaporizing LNG, or mixed boil-off gas obtained by mixing LNG boil-off gas and hydrogen boil-off gas, and LNG boil-off gas and hydrogen boil-off gas By using as fuel, it is possible to reduce pollutants contained in exhaust gas.

연료전지는, 물의 전기분해의 역반응을 이용하는 것으로서, 수소와 산소를 반응시켜 전기와 열을 생산한다. A fuel cell uses the reverse reaction of water electrolysis, and produces electricity and heat by reacting hydrogen and oxygen.

본 실시예에서 연료전지는, 액화수소의 증발가스를 직접 연료로하는 수소 연료전지일 수 있고, LNG의 증발가스를 개질하여 수소를 생산한 후, 생산된 수소를 연료로 사용하는 연료전지일 수도 있다. 수소 연료전지는 화석연료를 이용하는 방식에 비해, 에너지 효율이 높고 온실가스 발생이 적은 친환경 에너지원이다. 따라서, 본 실시예에 따르면, 수소를 연료로 사용하여 친환경적으로 전력을 생산할 수 있다. 그와 동시에, 액화수소 저장탱크(200)에서 생성된 증발가스를 연료로 사용하므로, 버려지는 수소 증발가스의 낭비를 막을 수 있다. In this embodiment, the fuel cell may be a hydrogen fuel cell that directly uses boil-off gas of liquid hydrogen as a fuel, or a fuel cell that reforms the boil-off gas of LNG to produce hydrogen and then uses the produced hydrogen as a fuel. have. A hydrogen fuel cell is an eco-friendly energy source with high energy efficiency and less greenhouse gas generation than a method using fossil fuels. Therefore, according to this embodiment, it is possible to generate electric power in an environmentally friendly manner by using hydrogen as a fuel. At the same time, since the boil-off gas generated in the liquid hydrogen storage tank 200 is used as fuel, it is possible to prevent wasted hydrogen boil-off gas from being wasted.

이와 같이, 액화수소 저장탱크(200)를 LNG 저장탱크(100)의 내부에 탱크-인-탱크 구조로 구비함으로써, 액화수소와 LNG의 극저온을 상호 유지할 수 있도록 하고, 액화수소의 단열구조를 간단히 할 수 있으며. 액화수소와 LNG를 연료로 사용하는 선박에 있어서도 선내 공간 활용성을 높일 수 있다. As such, by providing the liquid hydrogen storage tank 200 in a tank-in-tank structure inside the LNG storage tank 100, it is possible to mutually maintain the cryogenic temperature of liquid hydrogen and LNG, and to simplify the insulation structure of liquid hydrogen can do it In ships that use liquid hydrogen and LNG as fuels, it is possible to increase the utilization of space in the ship.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명한 것이다. The present invention is not limited to the above embodiments, and it is apparent to those skilled in the art that various modifications or variations can be implemented without departing from the technical gist of the present invention. did it

100 : LNG 저장탱크 200 : 액화수소 저장탱크
110 : LNG 공급펌프 210 : 액화수소 공급펌프
120 : LNG 돔 220 : 액화수소 돔
230 : 지지부재
100: LNG storage tank 200: liquid hydrogen storage tank
110: LNG supply pump 210: Liquid hydrogen supply pump
120: LNG dome 220: liquid hydrogen dome
230: support member

Claims (6)

액화천연가스를 저장하는 LNG 저장탱크; 및
LNG 저장탱크 내부에 설치되며, 액화수소를 저장하는 액화수소 저장탱크;를 포함하는, 이종 액화가스 저장탱크.
LNG storage tank for storing liquefied natural gas; and
A liquefied hydrogen storage tank installed inside the LNG storage tank and storing liquefied hydrogen; Containing, heterogeneous liquefied gas storage tank.
청구항 1에 있어서,
상기 액화수소 저장탱크에 구비되며 상기 액화천연가스의 온도와 액화수소의 온도차를 견디도록 설계된 단열부;를 더 포함하는, 이종 액화가스 저장탱크.
The method according to claim 1,
A heterogeneous liquefied gas storage tank further comprising a; is provided in the liquefied hydrogen storage tank and is designed to withstand the temperature difference between the temperature of the liquefied natural gas and the liquefied hydrogen.
청구항 1에 있어서,
상기 액화수소 저장탱크의 외벽과 상기 LNG 저장탱크의 내벽을 연결하며, 상기 액화수소 저장탱크가 상기 LNG 저장탱크 내부에 고정되도록 하는 하나 이상의 지지부재;를 더 포함하는, 이종 액화가스 저장탱크.
The method according to claim 1,
At least one support member connecting the outer wall of the liquefied hydrogen storage tank and the inner wall of the LNG storage tank and fixing the liquefied hydrogen storage tank to the inside of the LNG storage tank;
청구항 1에 있어서,
상기 LNG 저장탱크에 저장된 LNG를 상기 LNG 저장탱크 외부로 배출시키기 위한 LNG 공급펌프; 및
상기 액화수소 저장탱크에 저장된 액화수소를 상기 액화수소 저장탱크 외부로 배출시키기 위한 액화수소 공급펌프;를 더 포함하는, 이종 액화가스 저장탱크.
The method according to claim 1,
an LNG supply pump for discharging the LNG stored in the LNG storage tank to the outside of the LNG storage tank; and
A liquefied hydrogen supply pump for discharging the liquefied hydrogen stored in the liquefied hydrogen storage tank to the outside of the liquefied hydrogen storage tank; further comprising, a heterogeneous liquefied gas storage tank.
청구항 4에 있어서,
상기 LNG 공급펌프와 연결되는 배관이 상기 LNG 저장탱크 외부를 관통하는 경로를 제공하는 LNG 돔;을 더 포함하는, 이종 액화가스 저장탱크.
5. The method according to claim 4,
An LNG dome providing a path through which a pipe connected to the LNG supply pump passes through the outside of the LNG storage tank; further comprising, a heterogeneous liquefied gas storage tank.
청구항 4에 있어서,
상기 액화수소 공급펌프와 연결되는 배관이 상기 LNG 저장탱크 외부를 관통하는 경로를 제공하는 액화수소 돔;을 더 포함하는, 이종 액화가스 저장탱크.
5. The method according to claim 4,
A liquid hydrogen dome providing a path through which a pipe connected to the liquid hydrogen supply pump passes through the outside of the LNG storage tank; further comprising, a heterogeneous liquefied gas storage tank.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US11845562B1 (en) * 2022-08-15 2023-12-19 Hamilton Sundstrand Corporation Auxiliary power generation and cooling systems on liquid hydrogen fueled aircraft

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US11845562B1 (en) * 2022-08-15 2023-12-19 Hamilton Sundstrand Corporation Auxiliary power generation and cooling systems on liquid hydrogen fueled aircraft

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