KR20230061839A - 선박용 가스 저장탱크 - Google Patents

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KR20230061839A
KR20230061839A KR1020210146490A KR20210146490A KR20230061839A KR 20230061839 A KR20230061839 A KR 20230061839A KR 1020210146490 A KR1020210146490 A KR 1020210146490A KR 20210146490 A KR20210146490 A KR 20210146490A KR 20230061839 A KR20230061839 A KR 20230061839A
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이진성
신상범
이동주
이정민
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에이치디한국조선해양 주식회사
에이치디현대중공업 주식회사
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Abstract

본 발명은 선박용 가스 저장탱크에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 선박용 가스 저장탱크는 가스를 저장하는 탱크몸체;와, 상기 탱크몸체의 적어도 일부를 덮는 제1 단열유닛; 및 상기 제1 단열유닛의 적어도 일부를 덮고, 상기 제1 단열유닛으로의 열 유입을 차단하는 제2 단열유닛;을 포함할 수 있다.

Description

선박용 가스 저장탱크{GAS STORAGE TANK FOR SHIP}
본 발명은 선박용 가스 저장탱크에 관한 것이다.
액화천연가스(Liquefied Natural Gas, LNG)는 프로판과 부탄을 주성분으로 한 가스를 상온에서 압축하여 액체로 만든 연료이다.
이러한 액화천연가스는 선박용 가스 저장탱크에 저장된 상태에서 선박을 통해 운송될 수 있다.
액화천연가스는 가스를 약 -160℃의 극저온으로 냉각하여 얻어진 것이기 때문에 액화천연가스를 운송하려면 극저온 상태를 유지하는 것이 매우 중요하다고 할 수 있다.
도 1에는 통상의 선박용 가스 저장탱크의 일부가 개략적으로 도시되어 있다. 여기서 가스는 액화천연가스일 수 있다.
도 1에서 보이듯, 통상의 선박용 가스 저장탱크(10)는 액화천연가스(L)를 저장하는 저장공간(11a)을 포함하는 탱크몸체(11)를 포함할 수 있다.
상기 탱크몸체(11)의 외주는 단열재(12)에 의해 둘러싸일 수 있다. 상기 단열재(12)는 탱크몸체(11)의 단열을 수행하고, 저장공간(11a)에 존재하는 액화천연가스의 기화를 방지하는 역할을 한다.
이러한 단열재(12)가 존재함에도 불구하고 탱크몸체(11)의 단열 성능 향상은 꾸준히 요구되어 왔다.
그러나 단열재(12)의 단열 성능 향상을 위해서는 단열재(12)의 체적도 함께 증가할 수밖에 없다는 문제가 있다.
KR 10-1444276 B1 (2014.09.18)
본 발명은 선박용 가스 저장탱크의 단열 효율을 증대시키는 것을 일 목적으로 한다.
또한 본 발명은 선박의 공간 활용성을 높여줄 수 있는 선박용 가스 저장탱크를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명은 선박용 가스 저장탱크에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 선박용 가스 저장탱크는 가스를 저장하는 탱크몸체;와, 상기 탱크몸체의 적어도 일부를 덮는 제1 단열유닛; 및 상기 제1 단열유닛의 적어도 일부를 덮고, 상기 제1 단열유닛으로의 열 유입을 차단하는 제2 단열유닛;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 단열유닛은, 상기 탱크몸체의 외주를 덮는 제1 단열부재;를 포함하고, 상기 제2 단열유닛은, 상기 제1 단열부재의 외주를 덮는 제2 단열부재;를 포함하고, 상기 제2 단열부재는, 상변화물질(phase change material)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 단열부재의 온도를 측정하는 온도측정센서;를 더 포함할 수 있다.
또한, 복수의 상기 온도측정센서는, 상기 제2 단열부재의 두께방향으로 상호 일정거리 이격되어 배치될 수 있다.
또한, 상기 제2 단열부재에 연결되는 펌프부재; 및 상기 펌프부재 및 상기 제2 단열부재에 연결되는 열교환기;를 더 포함하고, 상기 열교환기는, 상기 가스의 기화시 발생하는 유체로 상기 제2 단열부재를 냉각할 수 있다.
또한, 상기 제2 단열부재에 연결되고, 상기 상변화물질을 저장하는 단열재저장챔버;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 선박용 가스 저장탱크의 단열 효율을 증대시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 선박의 공간 활용성을 높여줄 수 있는 선박용 가스 저장탱크를 구축할 수 있다.
도 1은 통상의 선박용 가스 저장탱크의 일부를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 선박용 가스 저장탱크를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 선박용 가스 저장탱크를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 선박용 가스 저장탱크의 제2 단열부재를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 선박용 가스 저장탱크의 일부를 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 선박용 가스 저장탱크의 일부를 개략적으로 도시한 것이다.
본 발명의 실시 예에 관한 설명의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 동일한 부호로 기재된 요소는 동일한 요소이고, 각 실시 예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.
또한, 본 발명의 요지를 명확히 하기 위하여 종래의 기술에 의해 익히 알려진 요소와 기술에 대한 설명은 생략하며, 이하에서는, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하도록 한다.
다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하고, 당업자에 의해 특정 구성요소가 추가, 변경, 삭제된 다른 형태로도 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명과 동일한 사상의 범위 내에 포함됨을 밝혀 둔다.
이하 첨부된 도면에 도시된 X축은 제2 단열부재의 두께 방향이고, Y축은 X축에 수직한 방향이다.
이하에서 기재하는 가스는 액화천연가스일 수 있으나 가스의 종류는 반드시 본 발명에 의해 한정되는 것은 아니며, 가스의 종류는 LNG, LPG(Liquefied Petroleum Gas, LPG) 등 다양할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 선박용 가스 저장탱크(100)를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2에서 보이듯, 본 발명의 일 실시 예에 따른 선박용 가스 저장탱크는 가스(L)를 저장하는 탱크몸체(110), 상기 탱크몸체(110)의 적어도 일부를 덮는 제1 단열유닛 및 상기 제1 단열유닛의 적어도 일부를 덮는 제2 단열유닛을 포함할 수 있다.
탱크몸체(110)는 가스가 저장될 수 있는 저장공간(111)을 포함할 수 있다. 저장공간(111)의 체적은 가스의 특성, 운송환경, 운송기간, 선박의 사양 등에 의해 적절히 선택되어 적용될 수 있다.
저장공간(111)에 저장된 가스는 극저온 상태일 수 있다. 따라서 제1 단열유닛으로 상기 탱크몸체(110)의 외주를 덮어 저장공간(111)으로의 열 유입을 최소화할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서 상기 제1 단열유닛은 제1 단열부재(120)를 포함할 수 있다. 상기 제1 단열부재(120)는 탱크몸체(110)의 외주를 감싸는 상태를 유지할 수 있도록 특정한 케이스(미도시) 등에 수납되는 형태를 가질 수도 있다. 상기 제1 단열부재(120)는 열전도율이 낮은 재질을 포함하는 재질로 구비될 수 있다. 상기 제1 단열부재(120)의 점도에 따라 제1 단열부재(120)를 운용하는 방식이 결정될 수 있다.
다만 상기 제1 단열부재(120)의 종류는 반드시 본 발명에 의해 특정되지 않으며, 열전도율이 낮은 재질을 포함하는 범위 내에서 상기 제1 단열부재(120)의 종류는 적절히 선택되어 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서 상기 제2 단열유닛은 제1 단열유닛의 외주의 적어도 일부를 덮는 제2 단열부재(130)를 포함할 수 있다. 상기 제2 단열부재(130)는 제1 단열부재(120)의 외주를 덮는 상태를 유지할 수 있도록 특정한 케이스(미도시) 등에 수납되는 형태를 가질 수도 있다. 상기 제2 단열부재(130)의 점도에 따라 제2 단열부재(130)를 운용하는 방식이 결정될 수 있다.
상기 제2 단열부재(130)는 상변화물질(phase change material)을 포함하는 재질로 구비되거나 상변화물질 그 자체일 수 있다.
상기 제2 단열부재(130)는 외부에서 탱크몸체(110) 또는 제1 단열부재(120)로 유입되는 열에너지를 잠열 형태로 흡수하여 그 외부의 온도를 저온으로 유지할 수 있다. 따라서 상기 제2 단열부재(130)에 따르면 제1 단열부재(120) 주변을 저온으로 유지할 수 있고, 궁극적으로는 탱크몸체(110)의 저장공간(111)의 단열 효율이 증대될 수 있다.
상기 제2 단열부재(130)에 따르면 상기 제2 단열부재(130) 부근의 온도를 약 0℃~-60℃ 사이로 유지할 수 있다.
상기 제2 단열부재(130)는 그 체적과 단열 성능이 비례하는 것이 아니므로 상대적으로 작은 체적으로도 높은 단열 성능을 발휘할 수 있다. 따라서 선박의 공간 활용성을 높이는 것에 기여할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서 상기 제1 단열부재(120)는 그 두께가 100mm 이상 400mm 이하일 수 있고, 상기 제2 단열부재(130)는 그 두께가 70mm 이상 80mm 이하일 수 있다. 이에 따르면 그 두께가 400mm인 제1 단열부재(120)만으로 탱크몸체(110)를 단열하는 성능에 비해 최대 2배까지 단열 성능을 끌어올릴 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서 상기 제1 단열부재(120) 및 상기 제2 단열부재(130) 중 적어도 어느 하나 이상은 복수로 구비될 수도 있다.
상기 제2 단열부재(130)는 천이 온도가 상대적으로 낮고, 잠열량이 큰 상변화물질을 많이 포함할수록 그 단열 성능이 증대될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서 상기 제2 단열부재(130)는 공융염(Eutectic salt) 계열의 상변화물질(PCM)을 포함하는 재질로 구비될 수 있다. 이에 따르면 상기 제2 단열부재(130)는 그 주변 온도를 -70℃ 수준으로 유지할 수 있다.
따라서 저장공간(111) 내부의 가스가 기화되는 것을 최소화 또는 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서 상기 제2 단열부재(130)의 외주는 외벽(140)에 의해 둘러싸일 수 있다. 상기 외벽은 저장탱크의 하부 영역에서 경사진 형태를 가질 수 있는데 이에 따르면 가스가 유동됨에 따라 발생하는 슬로싱 충격력을 최소화할 수 있다.
또한 상기 외벽은 제2 단열부재(130)를 외부 충격으로부터 보호할 수 있고, 제2 단열부재(130)의 단열 기능을 수행할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 선박용 가스 저장탱크를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3에서 보이듯, 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 선박용 가스 저장탱크는 제2 단열부재(130)의 온도를 측정하는 온도측정센서(150)를 더 포함할 수 있다.
온도측정센서(150)는 측정 프로브(미도시)가 상기 제2 단열부재(130)에 접촉하여 온도를 측정하는 접촉식일 수도 있고, 비접촉식일 수도 있다. 또한 상기 온도측정센서(150)는 케이블(151)에 의해 외부 제어수단(미도시)과 연결되어 외부 제어수단에 제2 단열부재(130)의 온도 정보를 전달할 수 있다. 다만 이는 필요에 따라 무선으로 수행될 수도 있으나 이는 반드시 본 발명에 의해 한정되는 바는 아니며, 선박의 환경 등에 의해 적절히 선택되어 적용될 수 있는 사항이다.
상기 온도측정센서(150)로 제2 단열부재(130)의 온도를 파악하면 제1 단열부재(120) 및 저장공간(111)의 온도를 유추할 수 있고, 단열 성능이 저하되기 이전에 단열부재를 교체하는 등의 대처를 미리 할 수 있다는 장점이 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 선박용 가스 저장탱크의 제2 단열부재(130)를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4에서 보이듯, 상기 제2 단열부재(130)에는 복수의 온도측정센서(150)가 구비될 수 있다.
복수의 상기 온도측정센서(150)는 상기 제2 단열부재(130)의 두께 방향(X축 방향)으로 상호 일정거리 이격될 수 있다. 이에 따르면 제2 단열부재(130)의 두께 방향 온도 변화를 용이하게 파악할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서 상기 온도측정센서(150)는 상기 제2 단열부재(130)의 두께 방향으로 제1 단열부재(120)와 가장 가까이 배치되는 제1 온도측정센서(152), 상기 제1 온도측정센서(152)로부터 상기 제1 단열부재(120)와 멀어지는 방향으로 이격된 제2 온도측정센서(153) 및 상기 제2 온도측정센서(153)로부터 상기 제1 단열부재(120)와 멀어지는 방향으로 이격된 제3 온도측정센서(153)를 포함할 수 있다.
이에 따르면 제2 단열부재(130)의 두께 방향으로 온도 변화를 측정할 수 있고, 제2 단열부재(130)에서 열에너지를 흡수할 수 있는 체적이 얼마나 남았는지도 유추할 수 있다. 따라서 제2 단열부재(130)의 전체 체적을 단열에 효율적으로 사용할 수 있고, 제2 단열부재(130)의 잔여 단열 성능도 파악할 수 있다는 장점이 있다.
다만 온도측정센서의 개수는 제2 단열부재(130)의 두께를 고려하여 적절히 선택되어 적용될 수 있는 사항이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 선박용 가스 저장탱크의 일부를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5에서 보이듯, 제2 단열부재(130)에는 펌프부재(160)가 연결될 수 있고, 상기 펌프부재(160)는 열교환기(170)에 연결될 수 있다. 이때, 제2 단열부재(130)는 펌프부재(160)의 흡입력에 의해 유동이 가능한 재질로 구비될 수 있다.
상기 펌프부재(160)의 제1 단열재 흡입관(161)이 제1 단열부재(120)에 연결되어 단열 수명을 다한 제2 단열부재(130)를 흡입할 수 있고, 제2 단열부재(130)를 열교환기(170)에 공급하여 열교환을 수행할 수 있다. 이 과정에서 제2 단열부재(130)는 다시 단열 능력을 확보할 수 있게 되고, 상기 열교환기(170)에 연결된 제1 단열재 공급관(162)에 의해 제2 단열부재(130)로 재차 공급될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서 상기 열교환기(170)는 저장공간(111) 내부와 연결되어 기화되는 가스를 냉매로 사용하도록 구비될 수 있다. 이에 따르면 선박의 공간 활용성을 높이는 것에 기여할 수 있고, 에너지 활용 효율이 증대될 수 있다. 이를 위해 저장공간(111)에는 열교환을 위한 배관(미도시)이 구비될 수 있고, 상기 배관(미도시)의 외주는 기화된 가스와 접촉할 수 있으며, 상기 배관(미도시)의 내부에는 제2 단열부재(130)가 존재하는 구조가 구축될 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 선박용 가스 저장탱크의 일부를 개략적으로 도시한 것이다.
도 6에서 보이듯, 상기 제2 단열부재(130)에는 제2 단열부재(130)를 저장하는 단열재저장챔버(180)가 연결될 수 있다. 단열재저장챔버(180)는 보충용 상변화물질을 수용할 수 있다. 상기 단열재저장챔버(180)와 제2 단열부재(130)는 제2 단열재 흡입관(181) 및 제2 단열재 공급관(182)에 의해 연결될 수 있다.
필요에 따라서는 상기 단열재저장챔버(180)에도 펌프부재(미도시)가 추가로 구비될 수도 있다.
본 발명의 일 실시 예에서 상기 제2 단열재 흡입관(181) 및 제2 단열재 공급관(182)에는 밸브부재(183)가 각각 구비되어 상변화물질의 유량을 제어할 수 있고, 상변화물질의 유동 가능 여부를 제어할 수 있다.
상기 밸브부재(183)는 수동으로 제어될 수도 있고, 외부 제어수단(미도시)에 의해 자동으로 제어되도록 구비될 수도 있다.
상변화물질이 소실되거나 교체되어야 할 필요가 있을때, 제2 단열재 흡입관(181)을 이용하여 교체 대상이 되는 상변화물질을 흡입할 수 있다. 이렇게 흡입된 교체 대상이 되는 상변화물질은 별도의 드레인관(미도시)으로 보내져 수거될 수도 있다.
상변화물질의 체적을 보충하기 위해서 새로운 상변화물질이 제2 단열재 공급관(182)에 의해 제1 단열부재(120)의 외주를 덮는 위치로 공급될 수 있다. 이 과정에서 상변화물질의 유동은 펌프부재(미도시)의 동력이 사용될 수도 있으나 이는 반드시 본 발명에 의해 한정되는 바는 아니다.
위와 같이 본 발명은 제2 단열부재(130) 또는 상변화물질을 순환하여 재사용할 수도 있고, 필요에 따라서는 제2 단열부재(130) 또는 상변화물질을 수거하여 폐기할 수도 있으며 부족한 제2 단열부재(130) 또는 상변화물질을 보충할 수도 있다. 이 모든 과정에 선박상에서 수행될 수 있는 일이므로 본 발명은 가스의 운송 효율을 증대시키는 것에도 기여할 수 있다.
이상에서 설명한 사항은 본 발명의 일 실시 예에 관하여 설명한 것이며, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
110 : 탱크몸체 111 : 저장공간
120 : 제1 단열유닛 130 : 제2 단열유닛
140 : 외벽 150 : 온도측정센서
160 : 펌프부재 170 : 열교환기
180 : 단열재저장챔버

Claims (6)

  1. 가스를 저장하는 탱크몸체;
    상기 탱크몸체의 적어도 일부를 덮는 제1 단열유닛; 및
    상기 제1 단열유닛의 적어도 일부를 덮고, 상기 제1 단열유닛으로의 열 유입을 차단하는 제2 단열유닛;
    을 포함하는 선박용 가스 저장탱크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단열유닛은,
    상기 탱크몸체의 외주를 덮는 제1 단열부재;를 포함하고,
    상기 제2 단열유닛은,
    상기 제1 단열부재의 외주를 덮는 제2 단열부재;를 포함하고,
    상기 제2 단열부재는,
    상변화물질(phase change material)을 포함하는 선박용 가스 저장탱크.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 단열부재의 온도를 측정하는 온도측정센서;
    를 더 포함하는 선박용 가스 저장탱크.
  4. 제3항에 있어서,
    복수의 상기 온도측정센서는,
    상기 제2 단열부재의 두께방향으로 상호 일정거리 이격되어 배치된 선박용 가스 저장탱크.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2 단열부재에 연결되는 펌프부재; 및
    상기 펌프부재 및 상기 제2 단열부재에 연결되는 열교환기;를 더 포함하고,
    상기 열교환기는,
    상기 가스의 기화시 발생하는 유체로 상기 제2 단열부재를 냉각하는 선박용 가스 저장탱크.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 단열부재에 연결되고, 상기 상변화물질을 저장하는 단열재저장챔버;
    를 더 포함하는 선박용 가스 저장탱크.

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