KR20220159517A - the thermal insulation structure of the cryogenic container - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 극저온 용기의 단열구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단일벽용기 또는 다중벽용기의 외벽에 전달된 열에 의해 내부에 저장된 극저온의 액상이 기화되어 손실되는 것을 막기 위한 외부열의 차단과 내부의 열이 쉽게 외부로 방출되는 것을 효율적으로 차단하는 극저온 용기의 단열구조에 관한 것이다. The present invention relates to an insulation structure of a cryogenic container, and more particularly, to blocking external heat to prevent loss of cryogenic liquid stored inside by heat transferred to the outer wall of a single-wall container or multi-wall container and to prevent loss due to vaporization and internal It relates to a thermal insulation structure of a cryogenic container that efficiently blocks heat from being easily released to the outside.
근래에는 미세먼지 및 기타 오염물질로 인한 환경오염을 막고 깨끗한 에너지를 사용하고 또 석유 기반 에너지를 대체할 수 있는 대체에너지로 주목받고 있으며 이로 인해 저비점의 초저온 액체산소(-183℃), 액체질소(-196℃), 액체알곤(-186℃), LNG(-[0002] 162℃) 등의 수요량과 교역량은 점진적으로 증가하고 있는 추세이다.In recent years, it has been attracting attention as an alternative energy that can prevent environmental pollution caused by fine dust and other pollutants, use clean energy, and replace petroleum-based energy. -196 ℃), liquid argon (-186 ℃), LNG (-[0002] 162 ℃), etc. Demand and trade volume are gradually increasing.
액화 천연가스(LNG)는 상온에서 기체를 압축하여 액체가 되는 가스와 상온이 아닌 임계온도 이하로 냉각 및 가압되어 액화되는 압축가스를 포함하며, 메탄(methane)을 주성분으로 하는 액화된 액화 천연가스는 -163℃ 이하의 온도로 압축, 냉각, 액화시켜 부피를 줄인 극저온 액체로서, 이러한 액화 천연가스는 기체 상태일 때보다 부피가 작아 저장 용기에 보관하여 장거리 수송에 용이하다.Liquefied natural gas (LNG) includes gas that becomes liquid by compressing gas at room temperature and compressed gas that is cooled and pressurized below a critical temperature, not room temperature, to liquefy. Liquefied natural gas whose main component is methane is a cryogenic liquid that is compressed, cooled, and liquefied at a temperature of -163 ° C or lower to reduce its volume. This liquefied natural gas has a smaller volume than when it is in a gaseous state and is stored in a storage container, making it easy to transport over long distances.
이러한 액화 천연가스나 액체질소를 저장하는 용기는 내부 압력을 견디기 위하여 구조적으로 원통형 또는 구형으로 형성될 수 있고, 극저온의 액화가스를 저장하는 용기의 내부와 외부 표면이 단열재로서 보호되어 단열효과를 제공하게 된다. The container for storing such liquefied natural gas or liquid nitrogen may be structurally formed in a cylindrical or spherical shape to withstand the internal pressure, and the inner and outer surfaces of the container for storing the cryogenic liquefied gas are protected as a heat insulating material to provide an insulation effect. will do
또한, 이러한 저장용기는 단일용기 또는 내부 용기와 외부와의 열전달을 차단하는 단열재 및 단열재의 외부의 충격을 방지하는 외부 용기를 포함하는 이중용기의 구조로도 만들어진다. In addition, such a storage container is also made of a structure of a double container including a single container or an inner container and an insulation material that blocks heat transfer between the outside and an outer container that prevents external impact of the insulation material.
이와 같은 종래 저장용기의 단열구조는 주로 단열성능과 인장강도가 우수한 경질우레탄 폼을 사용하거나 또는 글라스울을 표면에 배치하여 경질우레탄 폼층을 형성하거나, 연질 및 경질우레탄 폼층을 혼합 적층하는 구조가 제안되고 있다. The insulation structure of such conventional storage containers mainly uses hard urethane foam with excellent insulation performance and tensile strength, or arranges glass wool on the surface to form a hard urethane foam layer, or a structure in which soft and hard urethane foam layers are mixed and laminated. It is becoming.
그러나 초저온 용기는 특성상 초저온 화물의 적재시에는 -200°를 유지하고 비적재시에는 상온을 유지하여 급격한 온도변화와 부피변화가 일어나므로 이러한 과정에서 내부용기의 팽창 수축이 크게 일어나므로 이러한 과정에서 단열재로 사용된 폴리우레탄 폼은 쉽게 크랙이 발생되는 치명적인 문제가 발생하게 되고 이로 인해 단열효과가 급격히 저하되어 내부의 열이 외부로 방출되고 외부의 열도 내부로 침투하게 되는 문제가 있었다. However, due to the nature of the cryogenic container, it maintains -200° during loading of cryogenic cargo and maintains room temperature during unloading, resulting in rapid temperature and volume changes. Polyurethane foam used as a fatal problem occurs that cracks easily occur, and as a result, the insulation effect is rapidly deteriorated, so that internal heat is released to the outside and external heat also penetrates into the inside.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 극저온 화물의 적재시와 비적재시의 온도차에 의한 용기의 팽창과 수축에 대응하여 단열재의 크랙현상이 발생되는 것을 방지하는 극저온 용기의 단열구조를 제공하는 데 있다. An object of the present invention is to solve the above problems, and to insulate a cryogenic container to prevent cracking of the insulation material in response to the expansion and contraction of the container due to the temperature difference between loading and unloading of cryogenic cargo. to provide structure.
본 발명은 이와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로, 극저온 물질을 저장하는 단일벽용기의 용기본체; 상기 용기본체의 외벽면에 코팅되는 폴리우레탄폼층; 상기 용기본체의 내벽면에 코팅되는 폴리우레탄폼층; 상기 폴리우레탄폼층의 외측 표면에 배치되는 에어로겔층;을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 극저온 용기의 단열구조를 제공한다. The present invention is a means for achieving the above object, a container body of a single wall container for storing cryogenic substances; A polyurethane foam layer coated on the outer wall surface of the container body; A polyurethane foam layer coated on the inner wall surface of the container body; An airgel layer disposed on the outer surface of the polyurethane foam layer; provides a thermal insulation structure of the cryogenic container, characterized in that it comprises.
또한, 에어로겔층은 용기본체의 외벽면에 코팅된 폴리우레탄폼층의 외부 표면에도 배치됨을 특징으로 한다. In addition, the airgel layer is characterized in that it is disposed on the outer surface of the polyurethane foam layer coated on the outer wall surface of the container body.
본 발명은 극저온물질이 저장되는 내부셀; 상기 내부셀과 단열공간을 두고 이격되게 설치된 외부셀로 이루어진 다중벽용기의 용기본체; 상기 내부셀의 외벽면에 배치되는 절연재; 상기 절연재의 외부 표면에 코팅되는 에어로겔층; 상기 내부셀의 내벽면에 코팅되는 폴리우레탄폼층; 상기 폴리우레탄폼층의 외측 표면에 코팅되는 에어로겔층;을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 극저온 용기의 단열구조를 제공한다.The present invention includes an inner cell in which cryogenic materials are stored; a container body of a multi-walled container composed of an outer cell installed spaced apart from the inner cell with an adiabatic space; an insulating material disposed on an outer wall surface of the inner cell; an airgel layer coated on an outer surface of the insulating material; A polyurethane foam layer coated on the inner wall surface of the inner cell; An airgel layer coated on the outer surface of the polyurethane foam layer provides a thermal insulation structure of the cryogenic container, characterized in that it comprises.
또한, 외부셀의 내벽면에 원주를 따라 환설된 보강재의 외면 전체에 폴리우레탄폼 또는 에어로겔의 단열물질(70)이 코팅됨을 특징으로 한다. .In addition, it is characterized in that the
이와 같은 본 발명의 극저온 용기의 단열구조는 낮은 열전도율과 보냉 특성이 뛰어난 우레탄의 표면에 단열 및 내열 특성이 우수하고 가벼운 에어로겔의 적층에 의해 단열하므로 내부 물질과 용기의 접촉을 최소화하여 외부의 열유입을 차단함에 따라 액상의 온도변화를 줄이고 또 급격한 온도변화에서도 크랙 방지 성능이 현저히 향상되는 효과가 있다. The insulation structure of the cryogenic vessel of the present invention is insulated by laminating a lightweight airgel having excellent heat insulation and heat resistance properties on the surface of urethane having low thermal conductivity and excellent cold insulation properties, thereby minimizing the contact between the inner material and the container and inflow of heat from the outside. By blocking, there is an effect of reducing the temperature change of the liquid phase and remarkably improving the crack prevention performance even in rapid temperature change.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일벽용기의 일부 확대 단면도
도 2는 본 발명이 다른 실시예에 따른 다중벽용기의 일부 확대 단면도
도 3은 다중벽용기의 횡단면도
도 4는 도 3의 "가-가" 선 단면도에 따른 일부 확대 단면도 1 is a partially enlarged cross-sectional view of a single wall container according to an embodiment of the present invention
Figure 2 is a partial enlarged cross-sectional view of a multi-wall container according to another embodiment of the present invention
Figure 3 is a cross-sectional view of a multi-wall container
Figure 4 is a partially enlarged cross-sectional view taken along the line "Ga-Ga" of Figure 3
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구조와 작용을 이해하는 데 필요한 부분을 중심으로 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail, focusing on parts necessary for understanding the structure and operation according to the present invention with reference to the accompanying drawings.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Since the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only one of the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all of the technical ideas of the present invention, various modifications that can be substituted for them at the time of the present application It should be understood that there may be
본 발명의 실시 예를 설명하면서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적으로 알려진 소재의 성질과 물성 등에 대해서는 구체적인 설명을 생략한다. While describing the embodiments of the present invention, detailed descriptions of properties and physical properties of materials commonly known in the art to which the present invention pertains will be omitted.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 동일한 명칭의 구성 요소에 대하여 도면에 따라 다른 참조부호를 부여할 수도 있으며, 서로 다른 도면임에도 동일한 참조부호를 부여할 수도 있다.In addition, in describing the components of the present invention, different reference numerals may be assigned to components having the same name according to the drawings, and the same reference numerals may be assigned even though the drawings are different.
또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.In addition, technical terms used in this specification should be interpreted in terms commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless specifically defined otherwise in this specification, and are not excessively comprehensive. It should not be interpreted as meaning or in an excessively reduced meaning.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일벽용기의 일부 확대 단면도이고, 도 2는 본 발명이 다른 실시예에 따른 다중벽용기의 일부 확대 단면도이며, 도 3은 다중벽용기의 횡단면도이고, 도 4는 도 3의 "가-가" 선 단면도에 따른 일부 확대 단면도이다. 1 is a partial enlarged cross-sectional view of a single-wall container according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a partially enlarged cross-sectional view of a multi-wall container according to another embodiment of the present invention, Figure 3 is a cross-sectional view of the multi-wall container, FIG. 4 is a partially enlarged cross-sectional view taken along the line “Ga-Ga” of FIG. 3 .
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같은 본 발명의 극저온용기의 단열구조는 단일셀로 이루어진 단일벽용기(A)와 복수셀로 이루어진 다중벽용기(B)에 적용된다. The thermal insulation structure of the cryogenic container of the present invention as shown in FIGS. 1 to 4 is applied to a single-wall container (A) made of a single cell and a multi-wall container (B) made of a plurality of cells.
도 1을 참조하면, 본 발명의 단일셀로 이루어진 단일벽용기(A)의 단열구조는, 극저온물질을 저장하는 단일벽용기(A)의 용기본체(100); 상기 용기본체(100)의 외벽면에 코팅되는 폴리우레탄폼층(10); 상기 용기본체(100)의 내벽면에 코팅되는 폴리우레탄폼층(10'); 상기 폴리우레탄폼층(10')의 외측 표면에 코팅되는 에어로겔층(20);을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다. Referring to Figure 1, the heat insulation structure of the single-wall container (A) made of a single cell of the present invention, the
상기와 같은 본 발명의 단일벽용기(A)는 용기본체(100)의 외벽면과 내벽면의 폴리우레탄폼층(10)(10')과 내벽면의 폴리우레탄폼층(10')의 표면에 층착되는 에어로겔층(20)의 조합으로 내부의 열을 외부로 방출하는 것을 차단하고 또 외부의 열이 내부로 침투되는 것을 차단하는 단열효과가 매우 크고, 특히 저장용기의 내부에 저장되고 배출되는 저장물질에 따른 급격한 온도 변화에도 단열재의 크랙 현상이 발생되지 않게 되며 또한 본 발명의 단열구조는 저장물질의 슬로싱 하중을 견디는 충분한 강도을 갖는다. The single wall container (A) of the present invention as described above is adhered to the surface of the polyurethane foam layer (10) (10') on the outer and inner wall surfaces of the container body (100) and the polyurethane foam layer (10') on the inner wall surface. The combination of the
본 발명의 단일벽용기(A)의 용기본체(100)는 당 업계에서 공지 공용되고 있는 스텐레스강, 알루미늄, 니켈강 등이 사용될 수 있다. The
본 발명의 실시예에 있어서, 폴리우레탄폼층(10)(10')은 공지된 바와 같이 폴리올과 디이소시아네이트로 만들어지는 다공질 물질로서 연질과 경질이 있으며, 이들은 모두 열전도율이 낮아 단열성이 매우 우수한 단열재로서 널리 사용되고 있는바, 본 발명의 폴리우레탄폼층(10)(10')은 연질도 사용 가능하지만, 단열성이 더 높고 철판 등과 접착성이 우수한 경질 폴리우레탄폼층으로 사용되는 것이 바람직 할 수 있다. In the embodiment of the present invention, the polyurethane foam layer 10 (10 ') is a porous material made of polyol and diisocyanate, as is known, and is soft and hard, both of which have low thermal conductivity and are very excellent heat insulating materials. As it is widely used, the polyurethane foam layer 10 (10') of the present invention can also be used softly, but it may be preferable to use it as a rigid polyurethane foam layer having higher heat insulation and excellent adhesion to iron plates.
상기 폴리우레탄폼층(10)(10')은 극저온에서 크랙을 방지할 수 있는 정도의 연신율을 가지는 것이 바람직하므로 신율은 5% 이상 15%이상 일 수 있다. Since the polyurethane foam layer 10 (10') preferably has an elongation rate capable of preventing cracking at cryogenic temperatures, the elongation rate may be 5% or more and 15% or more.
또한, 밀도는 폴리우레탄폼층(10)(10')이 원래의 성질을 잘 유지하고 내구성을 유지할 수 있는 높은 범위를 가지는 것이 바람직하며 일예로서 10 내지 100kg/㎡ 일 수 있다. In addition, the density of the polyurethane foam layer (10) (10') preferably has a high range capable of maintaining its original properties and durability, and may be, for example, 10 to 100 kg/m 2 .
또한, 폴리우레탄폼층(10)(10')은 용기에 저장된 화물의 하중을 극복할 수 있도록 인장강도, 인열강도가 높은 것이 적재화물의 슬로싱 하중을 견디는 유리한 점에서 인장강도는 100 kpa 이상 일 수 있다. In addition, the polyurethane foam layer 10 (10') has a high tensile strength and tear strength to overcome the load of the cargo stored in the container, which is advantageous in that it can withstand the sloshing load of the loaded cargo, and the tensile strength is 100 kpa or more can be
상기 단일벽용기(A)의 용기본체(100)의 외벽면에 코팅되는 폴리우레탄폼층(10)은 용기본체(100)의 내벽면에 코팅되는 폴리우레탄폼층(10')보다 두꺼운 두께로서 코팅되어 외부의 열이 저장용기의 내부로 침투되는 것을 방지하며, 내벽면에 코팅되는 폴리우레탄폼층(10')의 두께는 최소한의 보냉특성과 생산선을 고려하여 최소 30um 이상으로 하는 것이 바람직하며 이들은 스프레이 하여 코팅된다. The
본 발명의 일 실시예에 있어서, 용기본체(100)의 내벽면에 코팅된 폴리우레탄폼층(10')의 외표면에 층착되는 에어로겔층(20)은 단열특성과 내열특성이 매우 우수하여 폴리우레탄폼층(10')과 조합되어 우수한 단열효과를 제공하게 된다. In one embodiment of the present invention, the
알려진 바와 같이 에어로겔은 최대 99.8%의 공기와 머리카락 1/10000 굵기의 이산화규소(SiO₂)로 이루어져 유리무게의 750분의 1밖에 되지 않지만 유리보다 60배 뛰어난 단열능력을 가지는 소재로서 매우 미세한 기공을 가진 다공성 구조에 의해 공기의 순환을 차단하고 실리카의 낮은 열전도율 등으로 인해 열전달이 일어나는 대류, 전도, 복사를 무력화시킬 뿐 아니라 구조적으로 매우 튼튼하여 저장용기에 화물을 적재하여 운송시 적재 화물에 의한 슬로싱 하중을 견디는 데 매우 효과적이다. As is well known, airgel is composed of up to 99.8% of air and silicon dioxide (SiO₂), which is 1/10000 the thickness of a human hair, and is only 1/750 the weight of glass, but has a
특히, 에어로겔은 온도변화에 따른 부피변화가 적어 용기 내부의 저장물질과 용기본체(100)의 접촉을 최소화하고 이를 통해 외부로의 열유입을 막아 내부 액상의 온도변화를 최소화할 수 있으며, 용기의 저장물질의 입출에 의해 발생되는 급격한 온도변화에 적응하여 단열구조의 크랙을 방지하는 효과가 매우 크다. In particular, airgel minimizes the contact between the storage material inside the container and the
여기서 에어로겔층(20)은 내부셀(30)의 외벽면에 코팅된 폴리우레탄폼층(10)의 외부 표면에도 코팅될 수 있다. Here, the
도 2는 본 발명의 용기본체(200)가 복수셀로 구성된 다중벽용기(B)의 단열구조를 나타낸 것으로, 상기 다중벽용기(B)의 용기본체(200)는 극저온물질이 저장되는 내부셀(30); 상기 내부셀(30)과 단열공간을 두고 이격되게 설치된 외부셀(40); 상기 내부셀(30)의 외벽면에 부착되는 절연재(50); 상기 절연재(50)의 외측 표면에 배치되는 에어로겔층(20); 상기 내부셀(30)의 내벽면에 코팅되는 폴리우레탄폼층(10'); 상기 폴리우레탄폼층(10')의 외측 표면에 배치되는 에어로겔층(20);을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다. Figure 2 shows the heat insulation structure of a multi-wall container (B) in which the
여기서 내부셀(30)의 외측에 이격 배치된 외부셀(40)은 미도시된 별도의 지지구에 의해 지지되어 설치되는 것으로 이러한 지지구는 공지구조이므로 이에 대한 설명은 생략한다. Here, the
상기와 같은 다중벽용기(B)의 경우에는 단일벽용기(A)보다 훨씬 강화된 단열효과를 얻을 수 있는 것으로 내부셀(30)의 내벽면에 배치되는 단열구조는 단일벽용기(A)와 같이 폴리우레탄폼층(10')과 에어로겔층(20)으로 이루어지고 내부셀(30)의 외벽면에는 유리섬유와 같은 절연재(50)를 배치한 상태에서 그 외면에 에어로겔을 배치시킴으로써 저장용기의 내부에 적재된 화물의 온도 방열을 보다 확실히 차단할 수 있고 외부로부터 침투되는 열은 외부셀(40)과 단열공간 및 내부셀(30)의 외벽면에 코팅 배치된 절연재(50)와 에어로겔에 의해 확실히 차단되어 저장화물을 온도변화 없이 저장할 수 있는 효과가 있다. In the case of the multi-wall container (B) as described above, a much stronger insulation effect can be obtained than that of the single-wall container (A), and the heat insulation structure disposed on the inner wall surface of the
도 3은 도 2와 같은 다중벽용기(B)의 경우 외부셀(40)의 내벽면에 외부셀(40)의 강화를 위해 통상의 거더로 불리는 보강재(60)를 원주를 따라 환설한 구조를 예시한 것으로 상기 보강재(60)에는 내부셀(30)과의 근접으로 인해 열전도를 방지하는 단열물질(70)이 외면 전체를 감싼 상태로 설치된다. 3 shows a structure in which a reinforcing
상기 단열물질(70)은 폴리우레탄 또는 에어로겔이 사용될 수 있다. The
상기와 같은 본 발명에 따른 극저온 저장용기의 단열구조는 단일벽용기(A) 또는 다중벽용기(B)를 구성하는 용기본체(100)(200)의 내부셀(30)에 열전도가 낮고 단열효과가 우수한 폴리우레탄폼층(10)(10')과 이의 표면에 결합한 에어로겔층(20)에 의해 단열효과가 상승되어 용기 내부 열의 외부 방열과 외부열의 유입을 효과적으로 차단하여 저장물질의 극저온을 유지시키는 장점이 있다. The heat insulation structure of the cryogenic storage container according to the present invention as described above has low heat conduction in the
또한, 폴리우레탄폼층(10)(10')의 외면에 배치된 에어로겔에 의해 단열특성과 내열특성이 강화될 뿐 아니라 저장물질의 온도차에 의한 급격한 온도변화로서 발생되는 단열구조의 크랙 발생을 감소시켜 단열효과의 감소를 방지하는 효과를 제공하게 된다. In addition, the airgel disposed on the outer surface of the polyurethane foam layer 10 (10') not only enhances the heat insulation and heat resistance properties, but also reduces the occurrence of cracks in the insulation structure caused by rapid temperature change due to the temperature difference of the storage material. It provides the effect of preventing the reduction of the insulation effect.
10, 10' : 폴리우레탄폼층 20 : 에어로겔층 30 : 내부셀 40 : 외부셀 50 : 절연재 60 : 보강재 70 : 단열물질 100, 200 : 용기본체 A : 단일벽용기 B : 다중벽용기
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