KR20230151137A - 액화수소 저장용 독립형 탱크 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 대량의 수소를 저장하여 운송하기 위한 액화수소 저장용 가압식 독립형 탱크에 관한 것이다.
본 발명에 따른 액화수소 저장용 독립형 탱크는, 액화수소를 수용할 수 있는 제1 공간을 형성하는 1차 방벽; 상기 1차 방벽과 일정한 거리를 두고 이격되어 1차 방벽과의 사이에 제2 공간을 형성하는 구획 구조물; 상기 구획 구조물의 외벽과 일정한 거리를 두고 이격되어 구획 구조물과의 사이에 제3 공간을 형성하는 중간 방벽; 및 상기 중간 방벽을 둘러싸며 열손실을 방지하기 위한 단열층;을 포함하고, 상기 제2 공간은 진공 상태로 운용되는 진공 단열층이고, 상기 제3 공간은 극저온 유체가 채워지거나 순환되는 극저온 열차단층인 것을 특징으로 한다.

Description

액화수소 저장용 독립형 탱크 {Independent Type Storage Tank for Liquefied Hydrogen}
본 발명은 대량의 수소를 저장하여 운송하기 위한 액화수소 저장용 가압식 독립형 탱크에 관한 것이다.
수소의 운송은 크게 내륙에서의 운송과 해상에서의 운송으로 구분할 수 있다. 내륙에서의 운송은 파이프라인 또는 저장 설비가 포함된 전용 차량 및 철도 등을 이용한 운송이 가능하며, 해상에서의 운송은 저장 설비가 포함된 선박 등 부유체를 이용한 운송이 가능하다.
파이프라인을 이용한 운송 방식을 제외하고 나머지 내륙과 해상에서의 수소 운송 방식의 공통적인 특징은, 수소를 저장할 수 있는 저장 설비가 필요하다는 것이다. 특히, 수소를 저장하여 운송할 수 있는 저장 설비를 갖춘 운송 수단에 있어서, 효율적인 운송을 위해서는 기체 상태의 수소를 냉각 그리고/혹은 가압함으로써 액화시켜, 액체 상태의 수소로 저장 및 운송하는 것이 일반적이다.
수소의 저장 및 운송에도 적용가능한 액화가스 저장 기술로는, 해상과 육상에 모두 저장 기술로 적용되고 있는 멤브레인형 탱크와, 해상에서 사용되는 독립형 탱크 등이 고려될 수 있다. 멤브레인형 탱크는 선체와 화물창이 일체를 이루는 것이고, 독립형 탱크는 선체와 일체를 이루지 않고 독립적으로 존재하며, 국제해사기구(IMO; International Maritime Organization)에서 정한 기준에 따라 Type A, B 및 C로 구분된다.
이러한 저장 기술은 상용화된 기술이므로 기술적 구현에는 어려움이 없지만, 이러한 저장 기술이 실제 적용되고 있던 LNG(액화천연가스), LPG(액화석유가스) 등과 대비하여 수소는 액화온도(혹은 끓는점)가 매우 낮기 때문에, 액화수소를 저장 및 운송하기 위해서는, 기존의 저장 기술에서 단열 두께를 수배에서 수십 배 증가시키거나, 진공 단열 등의 고성능 단열재를 적용해야 하는 등 단열방식의 개선이 필수적이다.
수소는 상압(atmospheric pressure)에서 끓는점(boiling point)이 -253℃이기 때문에, 해당 온도까지 냉각이 되어야 기체 상태에서 액체 상태로 상변화가 일어난다. 특별히 고압으로 가압된 환경이 아니라면, 수소가 액화되는 온도는 상압 환경과 큰 차이 없는 수준의 극저온 상황이며, 약 10 barg로 가압할 경우에도 끓는점은 -242℃에 달하는 극저온 수준이 되어야 기체 상태의 수소가 액체 상태로 상태가 변한다.
액화수소를 저장 및 운송하는데 있어서 이러한 수소의 상변화 특성으로 인해, 수소 저장 용기 내부에는 상압 기준 약 -253℃의 액화수소가 저장되어 있는 한편, 저장 용기의 외부 조건은 상온(atmospheric temperature) 상태이므로, 많게는 300℃에 가까운 온도차가 발생한다.
온도차는 열전달의 요인이 되고, 열전달로 인해 발생하는 열류(heat flux)에 의한 열침입으로 저장 용기 내부에 저장되어 있는 액화수소의 증발(boil-off)을 야기시킨다. 따라서, 저장 및 운송하는 과정 동안에 액화수소의 증발로 인해 수소의 손실이 발생할 수 있다.
가압형의 저장 용기의 경우, 상압형 저장 용기 대비 일정 수준의 설계압력(maximum design vapor pressure)까지 증발에 의한 압력 상승을 제어할 수 있다. 즉, 허용하는 저장 용기의 내압 범위 내에서는 증발 가스(boil-off gas)를 저장 용기의 내부에 저장할 수 있으므로 운용상 비교적 효율성을 가질 수 있다.
그러나 가압형 저장 용기의 경우라도, 허용 내압까지만 증발가스를 저장할 수 있을 뿐 아니라, 수소가 임계점(critical point)에 이르지 않게 관리해야 하므로, 지속적인 액화수소의 증발은 결국 저장 용기 외부로의 배출을 허용할 수밖에 없다.
따라서, 가압형 저장 용기의 열손실을 최소화할 수 있다면 화물의 손실을 최소화할 수 있을 것이다. 즉, 가압형 저장 용기를 대량의 수소를 저장하는데 사용하기 위해서는 액체 상태의 수소의 증발률을 저감시켜 운송 손실을 최소화시켜야 하고, 이를 위해서는 가압형 저장 용기의 단열성능을 높이거나 열손실을 줄이는 방안이 마련되어야 한다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 하는 것을 목적으로 하며, 액화수소를 효율적으로 저장할 수 있도록, 가압형 저장 용기, 즉 국제해사기구(IMO)에서 분류하고 있는 독립형 'Type C' 탱크의 단열구조를 개선한 액화수소 저장용 독립형 탱크를 제공하고자 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 액화수소를 수용할 수 있는 제1 공간을 형성하는 1차 방벽; 상기 1차 방벽과 일정한 거리를 두고 이격되어 1차 방벽과의 사이에 제2 공간을 형성하는 구획 구조물; 상기 구획 구조물의 외벽과 일정한 거리를 두고 이격되어 구획 구조물과의 사이에 제3 공간을 형성하는 중간 방벽; 및 상기 중간 방벽을 둘러싸며 열손실을 방지하기 위한 단열층;을 포함하고, 상기 제2 공간은 진공 상태로 운용되는 진공 단열층이고, 상기 제3 공간은 극저온 유체가 채워지거나 순환되는 극저온 열차단층인, 액화수소 저장용 독립형 탱크가 제공된다.
바람직하게는, 상기 제2 공간에는, 박막형 또는 분말형 단열재; 및 진공 펌프와 연결되어, 상기 제2 공간의 진공을 유지시키기 위한 진공 라인;이 설치될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제3 공간에는, 액화수소보다 액화온도가 높은 극저온 유체; 및 상기 극저온 유체를 선적 및 하역하기 위한 극저온 유체 라인;이 마련될 수 있다.
바람직하게는, 상기 단열층은 상압으로 유지되며, 상기 단열층에는, 진공단열패널 또는 에어로젤 블랑킷을 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상의 단열재가 설치될 수 있다.
바람직하게는, 상기 단열층은 진공 상태가 유지되며, 상기 단열층에는, 다층박막단열재, 중공미소유리구, 펄라이트, 에어로젤을 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상의 단열재가 설치될 수 있다.
바람직하게는, 상기 1차 방벽과 구획 구조물 사이에 다수개 설치되며 상기 1차 방벽을 지지하는 1차 방벽 지지체; 및 상기 구획 구조물과 중간 방벽 사이에 다수개 설치되며 상기 1차 방벽 및 구획 구조물을 지지하는 구조물 지지체;를 더 포함하고, 상기 1차 방벽 지지체 및 구조물 지지체는 극저온용 플라스틱으로 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 상기 구조물 지지체는, 일측면이 상기 구획 구조물에 용접되고 타측면은 상기 중간 방벽에 용접되는 일체형 지지체; 또는 분리형 지지체로서, 일측면이 상기 구획 구조물에 용접되는 제3 지지체 부재; 및 일측면이 상기 중간 방벽에 용접되며, 타측면이 상기 제3 지지체 부재의 타측면과 상대 변위를 허용하면서 마주닿는 제4 지지체 부재;를 포함하여 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 상기 분리형 지지체는, 상기 제3 지지체 부재의 타측면과 상기 제4 지지체 부재의 타측면을 물리적으로 결합하는 볼트;를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 1차 방벽 지지체는, 일측면이 상기 1차 방벽에 고정되는 제1 지지체 부재; 및 일측면이 상기 구획 구조물에 고정되는 제2 지지체 부재;를 포함하고, 상기 제1 지지체 부재의 타측면과 제2 지지체 부재의 타측면은 상대 변위를 허용하면서 서로 마주닿는 구조일 수 있다.
바람직하게는, 상기 중간 방벽과 상기 액화수소 저장용 독립형 탱크가 설치되는 공간 사이에 다수개 설치되며, 상기 1차 방벽, 구획 구조물 및 중간 방벽을 지지하는 중간 방벽 지지체;를 더 포함할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 의하면, 액화수소를 저장하는 내조 및 상기 내조의 외측에서 진공 상태를 유지시켜 상기 내조로의 열전달을 방지하는 진공 단열층을 포함하는 가압식 내조; 및 상기 가압식 내조의 외측에 액화질소 또는 액화천연가스를 공급하여 상기 내조와 외부의 온도차를 감소시키는 극저온 열차단층 및 상기 극저온 열차단층의 외측에 단열재를 설치하여 외부로부터 극저온 열차단층으로의 열전달을 방지하는 단열층을 포함하는 진공 또는 상압식 외조;를 포함하는 액화수소 저장용 독립형 탱크가 제공된다.
본 발명에 따르면, 대량의 액화수소를 저장하는데 있어서, 운용 제약이 적은 가압식 독립형 탱크를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 액화수소 저장용 독립형 탱크는, 열침입에 의한 액화수소의 손실율을 최소화하기 위해, 극저온 열차단층과 진공 단열층을 구현할 수 있는 구획을 포함함으로써, 극저온 열차단층의 유체에 의해 저장탱크 내부와 외부의 온도차에 의한 열침입을 줄일 수 있으므로, 단열성능을 극대화할 수 있다.
도 1은 박막형 단열재를 포함하는 액화수소 저장용 독립형 탱크의 실시예를 간략하게 도시한 도면이다.
도 2는 가루형 단열재를 포함하는 액화수소 저장용 독립형 탱크의 실시예를 간략하게 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화수소 저장용 독립형 탱크의 1차 방벽 지지체를 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화수소 저장용 독립형 탱크의 구조물 지지체를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 중간 방벽 지지체를 설명하기 위한 도면이다.
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.
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. 또한, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
후술하는 본 발명의 일 실시예들에서 선박은, 액화수소를 저장하는 저장설비가 마련된 선박으로서, 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. 다만, 후술하는 실시예에서는 액화가스 운반선 또는 액화수소 운반선인 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
액화가스 저장탱크는 크게 멤브레인형 탱크와 독립형 탱크로 분류되는데, 국제해사기구(IMO)에서 규정하는 독립형 탱크는 방벽의 개수 등에 따라 Type A, B, C 탱크로 구분된다. Type A 탱크는 1차 방벽과, 1차 방벽의 파손에 의한 액화가스의 누출을 방지하기 위해 1차 방벽의 전체를 완전히 감싸는 2차 방벽을 포함하고, Type B 탱크는 1차 방벽과, 크랙 가능성이 높은 부분 등 1차 방벽의 일부분만 감싸는 2차 방벽을 포함하는 한편, Type C 탱크는 단열 방법에 따라 단일 구조와 이중 구조로 구분될 수 있다. 후술하는 본 발명의 일 실시예들에 따른 액화수소 저장용 독립형 탱크는 IMO Type C 탱크일 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 7을 참고하여, 본 발명의 일 실시예들에 따른 액화수소 저장용 독립형 탱크를 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액화수소 저장용 독립형 탱크(1)는, 액화수소를 수용할 수 있는 제1 공간(S1)을 형성하는 1차 방벽(10)과, 1차 방벽(10)의 외벽과 일정한 거리를 두고 이격되어 1차 방벽(10)과의 사이에 진공 단열층이며 폐공간인 제2 공간(S2)을 형성하는 구획 구조물(20)과, 구획 구조물(20)의 외벽과 일정한 거리를 두고 이격되어 구획 구조물(20)과의 사이에 극저온 열차단층인 제3 공간(S3)을 형성하는 중간 방벽(30)과, 중간 방벽(30)의 외벽을 둘러싸며 열손실을 방지하기 위한 단열층(40)을 포함한다.
본 실시예에서 1차 방벽(10)에 의해 구획된 제1 공간(S1)은 액화수소가 저장되는 내조(inner tank)로서, 1차 방벽(10)의 내벽은 액화수소와 직접 접촉할 수 있다.
또한, 1차 방벽(10)에 의해 구획되는 공간은 금속 기밀 구조로 형성될 수 있다.
1차 방벽(10)에 의해 구획된 제1 공간(S1)에는 액화수소가 저장될 뿐 아니라, 액화수소를 선적 및 하역하기 위한 액화수소 라인(HL) 및 펌프(미도시)와, 펌프를 고정하기 위한 구조물(미도시)과, 증발가스를 배출하기 위한 증발가스 라인(BL)과, 제1 공간(S1), 즉 액화수소가 저장되는 내조를 냉각시키기 위한 내조 냉각라인(IL)이 설치될 수 있다. 또한, 탱크 및 화물(액화수소)를 운용하기 위해 필요한 각종 센서(미도시), 밸브(미도시), 센서 및 전계장 라인(EL) 등의 의장품(미도시)들이 구비될 수 있다.
또한 1차 방벽(10)에는, 1차 방벽(10)에 의해 구획된 제1 공간(S1)에 구비되는 액화수소 라인(HL)과 센서 및 전계장 라인(EL) 등의 각종 배관이 1차 방벽(10)을 관통하여 외부로 연결될 수 있도록 관통부(미도시)가 형성될 수 있다. 관통부는 최소한 하나 이상 마련될 수 있으며, 관통부를 통해 장비들이 관통하더라도 기밀이 유지되는 구조로 형성되어야 한다.
한편, 본 실시예에서 1차 방벽(10)과 구획 구조물(20) 사이에 형성된 제2 공간(S2)은 진공 상태가 유지되는 진공 단열층으로 운용될 수 있다. 이하, 본 실시예에서 진공 단열층이라 함은 제2 공간(S2)을 지칭하는 것일 수 있다.
본 실시예의 진공 단열층(S2)에는, 제2 공간(S2)을 진공 압력으로 유지시키기 위하여 제2 공간(S2)의 외부에 설치되는 진공 펌프(VP)과 연결되는 진공 라인(VL)이 설치될 수 있다.
구획 구조물(20)에도 진공 라인(VL) 및 1차 방벽(10)의 관통부를 통해 관통하는 배관 등 각종 장비들이 구획 구조물(20)을 관통하여 외부로 연결될 수 있도록 최소 하나 이상의 관통부(미도시)가 형성될 수 있다. 즉, 진공 라인(VL)은 진공 펌프(VP)로부터 구획 구조물(20)에 형성되는 관통부를 관통하여 제2 공간(S2) 내부까지 연결될 수 있다. 단, 구획 구조물(20)에 형성되는 관통부를 통해 장비들이 관통하더라도 진공 유지가 가능하도록 기밀이 유지되어야 한다.
또한, 본 실시예의 진공 단열층(S2)에는 진공 상태에서 우수한 단열 성능을 발휘하는 단열재가 설치 또는 충전될 수 있다. 이 때 단열재는 진공 단열층(S2)에 설치되는 진공 라인(VL)에 간섭되지 않도록 설치될 수 있다.
본 실시예의 진공 단열층(S2)에는 단열재로서, 박막형 단열재(I1)가 설치될 수 있다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 1차 방벽(10)의 외벽을 둘러싸는 형태로 다층박막단열재(MLI; Multi-Layer Insulation)를 설치함으로써 진공 단열 기능을 구현할 수 있다.
본 실시예의 진공 단열층(S2)에는 단열재로서 분말형 단열재(I2)가 충전될 수도 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 진공 단열층(S2)에 중공미소유리구(hollow glass microspheres), 펄라이트(perlite), 에어로겔(aerogel)을 포함하는 소재군에서 선택되는 1종 이상의 분말형 단열재를 충전함으로써 진공 단열 기능을 구현할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 1차 방벽(10)은 1차 방벽 지지체(12)에 의해 구획 구조물(20)에 지지된다. 1차 방벽(10)과 구획 구조물(20) 사이 즉, 제2 공간(S2)에 1차 방벽 지지체(12)를 마련함으로써, 1차 방벽(10)의 구조 건전성이 확보되고, 진공 단열층(S2)의 구획, 즉 1차 방벽(10)과 진공 단열층(S2) 사이의 거리를 일정하게 확보할 수 있다.
후술하는 구조물 지지체(22) 및 중간 방벽 지지체(32)는 각각 구획 구조물(20) 및 중간 방벽(30)의 하부에만 설치되어 구획 구조물(20) 및 중간 방벽(30)을 하부에서 지지하는 한편, 본 실시예의 1차 방벽 지지체(12)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 1차 방벽(10)의 외부 둘레 방향에 다수개 설치되어, 1차 방벽(10)의 열팽창 등에 대응할 수 있다.
1차 방벽 지지체(12)는 구획 구조물(20)로부터 1차 방벽(10)으로의 열전달에 의한 열손실을 저감시킬 수 있는 소재로 마련될 수 있다.
예를 들어, 1차 방벽 지지체(12)는, PCTFE(PolyChloroTriFluoroEthylene), PTFE(PolyTetraFluoroEthylene), UHMWPE(Ultra High Molecular Weight Poly-Ethylene) 등 극저온에서 사용가능한 플라스틱 중에서 선택되는 1종 이상의 소재의 것으로 마련될 수 있다.
한편, 도 3을 참조하면, 1차 방벽(10)의 외벽에는 1차 방벽 지지체(12)를 수납하는 하나 이상의 제1 지지체 수용부(11)가 구비되고, 구획 구조물(20)의 내벽에는 1차 방벽 지지체(12)를 수납하는 하나 이상의 제2 지지체 수용부(13)가 구비될 수 있다.
1차 방벽 지지체(12)는 다수개 마련될 수 있으며, 제1 지지체 수용부(11) 및 제2 지지체 수용부(13)는 1차 방벽 지지체(12)의 수와 대응하는 개수만큼 각 위치에 마련될 수 있다.
또한, 1차 방벽 지지체(12)는, 제1 지지체 수용부(11)에 고정되거나 접하도록 설치됨과 동시에, 제2 지지체 수용부(13)에 고정되거나 접하도록 설치되는 형태로 마련된다.
1차 방벽 지지체(12)는, 일측면이 제1 지지체 수용부(11)에 수납되는 제1 지지체 부재(12-1)와, 일측면이 제2 지지체 수용부(13)에 수납되는 제2 지지체 부재(12-2)를 포함하여, 2개 이상의 부재로 이루어지며 중간 지지체가 삽입되는 분리형 지지 구조체의 형태로 마련될 수 있다.
즉, 정상 변위에서는 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 제1 지지체 부재(12-1)의 타측면과 제2 지지체 부재(12-2)의 타측면이 마치 하나의 부재인 것처럼 마주 닿아 있는 상태에 있을 수 있다. 선박의 움직임, 탱크의 열팽창 등에 의해 구획 구조물(20)과 1차 방벽(10) 사이의 변위차가 발생하면, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 제1 지지체 부재(12-1)의 타측면과 제2 지지체 부재(12-2)의 타측면의 접촉면이 엇갈림으로써 상대변위가 발생하는 것을 허용하여 변위차에 대응하도록 구성될 수 있다.
본 실시예의 구획 구조물(20)과 중간 방벽(30) 사이에 형성된 제3 공간(S3)은 극저온의 유체를 저장함으로써 극저온의 상태를 유지하는 극저온 열차단층으로 운용될 수 있다. 이하, 본 실시예를 설명하는데 있어서 극저온 열차단층이라 함은 제3 공간(S3)을 지칭하는 것일 수 있다.
본 실시예의 극저온 열차단층(S3)에는 제1 공간(S1)에 저장되는 유체, 즉 액화수소의 액화점보다 높은 액화온도를 가지는 액화가스가 저장 또는 순환될 수 있다. 예를 들어 본 실시예에서 극저온 열차단층(S3)에는 액화질소 또는 액화천연가스가 저장 또는 순환될 수 있다.
즉, 본 실시예의 극저온 열차단층(S3)을 형성하는 중간 방벽(30)은 내부에 액화가스를 저장하며 2차 방벽을 요구하지 않는 일종의 1차 방벽인 것이다.
IMO의 IGC code에서 분류하고 있는 독립형 Type C 탱크는 2차 방벽 요건을 필요로 하지 않는데, Type C 탱크 자체가 압력용기 기준, 즉, 1차 방벽(primary barrier)이 손상되지 않는 기준으로 설계되기 때문에 별도의 2차 방벽이 필요하지 않다.
또한, 극저온 열차단층(S3)의 내부에는, 유체를 극저온 열차단층에 선적 및 하역할 수 있는 극저온 유체 라인(LL)과, 극저온 열차단층을 냉각시키기 위한 냉각 라인(CL)과, 극저온 열차단층을 운용하는데 필요한 각종 센서와 밸브 등의 의장품이 구비될 수 있다.
한편, 중간 방벽(30)에도 극저온 유체 라인(LL), 냉각 라인(CL) 등 극저온 열차단층(S3) 내부에 설치되는 배관 및 의장품들과, 1차 방벽(10)의 관통부 및 구획 구조물(20)의 관통부를 통해 관통하는 배관 등 각종 장비들이 중간 방벽(30)을 관통하여 외부로 연결될 수 있도록 최소 하나 이상의 관통부(미도시)가 형성될 수 있다. 마찬가지로 중간 방벽(30)의 관통부를 통해 장비들이 관통하더라도 제3 공간(S3)의 기밀이 유지되어야 한다.
중간 방벽(30)의 관통부는 1차 방벽(10)의 관통부와 인접하게 마련될 수 있다. 예를 들어, 중간 방벽(30)의 관통부 위치는 1차 방벽(10)의 관통부와 일직선 상에 놓이도록 마련될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 구획 구조물(20)은 구조물 지지체(22)에 의해 중간 방벽(30)에 지지된다. 구조물 지지체(22)는 중간 방벽(30)과 구획 구조물(20)을 통해 1차 방벽(10)으로의 열전달에 의한 열손실을 저감시킬 수 있는 소재로서, PCTFE(PolyChloroTriFluoroEthylene), PTFE(PolyTetraFluoroEthylene), UHMWPE(Ultra High Molecular Weight Poly-Ethylene) 등 극저온에서 사용가능한 플라스틱일 수 있다.
한편, 도 4를 참조하면, 구획 구조물(20)의 외벽에는 구조물 지지체(22)를 수납하는 하나 이상의 제3 지지체 수용부(21)가 구비되고, 중간 방벽(30)의 내벽에는 구조물 지지체(22)를 수납하는 하나 이상의 제4 지지체 수용부(23)가 구비된다.
구조물 지지체(22)는 다수개 마련될 수 있으며, 제3 지지체 수용부(21) 및 제4 지지체 수용부(23)는 구조물 지지체(22)의 수와 대응하는 개수만큼 각 위치에 마련될 수 있다.
구조물 지지체(22)는, 제3 지지체 수용부(21)에 고정되거나 접하도록 설치됨과 동시에, 제4 지지체 수용부(23)에 고정되거나 접하도록 설치되는 형태로 마련된다.
또한, 본 실시예의 구조물 지지체(22)는, 일측면이 제3 지지체 수용부(21)에 수납되는 제3 지지체 부재(22-1)와, 일측면이 제4 지지체 수용부(23)에 수납되는 제4 지지체 부재(22-2)를 포함하여, 2개 이상의 부재로 이루어지거나 중간 지지체가 삽입되는 분리형 지지 구조체의 형태로 마련될 수 있다.
예를 들어, 정상 변위에서는 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 제3 지지체 부재(22-1)의 타측면과 제4 지지체 부재(22-2)의 타측면이 마치 하나의 부재인 것처럼 마주 닿아 있는 상태에 있을 수 있다. 또한, 선박의 움직임이나 탱크 자체의 열 팽창 등에 의해 중간 방벽(30)과 구획 구조물(20) 사이의 변위차가 발생하면, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 제3 지지체 부재(22-1)의 타측면과 제4 지지체 부재(22-2)의 타측면의 접촉면이 엇갈림으로써 상대변위가 발생하는 것을 허용하여 변위차에 대응하도록 구성될 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 제3 지지체 부재(22-1)와 제4 지지체 부재(22-2)는 볼트(22-3) 등에 의해 물리적으로 결합되는 형태일 수도 있다. 구조물 지지체(22)가 볼팅결합되는 경우, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 다수개의 볼트(22-3)을 이용하여 다수개의 지점을 결합함으로써 상대변위를 허용하지 않는 구조로 마련될 수도 있고, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 제3 지지채 부재(22-1)와 제4 지지체 부재(22-2)에 볼트(22-3)의 결합 지점을 기준으로 좌우에 이동 공간(22-4)을 두어 상대변위를 허용하는 구조로 마련될 수도 있다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 다른 구조물 지지체(22)는, 2 이상의 부재로 나누어지는 형태가 아니라 하나의 부재로서 일체형으로 마련될 수도 있다.
단열층(40)은 진공 상태로 운용될 수 있다. 이 때 단열층(40)의 내부에는 다층박막단열재(MLI)가 설치되거나, 중공미소유리구, 펄라이트 등 분말 형태의 단열재가 충전될 수 있다.
또한, 본 실시예의 단열층(40)은 상압 상태로 운용될 수도 있다. 이 때에는 단열층(40) 내부에 유기, 무기 단열재 등을 사용하거나, 이와 비교하여 단열 성능이 더 우수한 진공단열패널(VIP; Vacuum Insulation Panel)이나 에어로젤 블랑킷(aerogel blanket)을 포함하는 고성능 단열 소재군에서 선택되는 단일 또는 복합 단열소재가 설치될 수 있다.
단열층(40)에 설치 또는 충전되는 단열재는 중간 방벽 지지체(32) 및 관통부를 통해 외부로 연결되는 의장품들과 간섭이 일어나지 않도록 형성되어야 한다.
본 실시예에 따른 액화수소 저장용 독립형 탱크(1)는 선박, 자동차 등 액화수소를 운반하기 위한 운송수단에 설치될 수 있고, 운송수단에는 액화수소 저장용 독립형 탱크(1)가 설치될 수 있는 화물창 등의 설치공간(C)이 마련될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예의 중간 방벽(30)은 본 실시예에 따른 액화수소 저장용 독립형 탱크(1)가 설치되는 운송수단 내 설치공간(C)에, 중간 방벽 지지체(32)에 의해 지지된다.
도 7을 참조하면, 중간 방벽 지지체(32)는 중간 방벽(30)과 운송수단 내 설치공간(C) 사이에 설치될 수 있으며, 중간 방벽(30)의 외벽에는 중간 방벽 지지체(32)를 수납하는 하나 이상의 제5 지지체 수용부(31)가 구비되고, 설치공간(C)에는 중간 방벽 지지체(32)를 수납하는 하나 이상의 제6 지지체 수용부(33)가 구비된다.
중간 방벽 지지체(32)는 다수개 마련될 수 있으며, 제5 지지체 수용부(31) 및 제6 지지체 수용부(33)는 중간 방벽 지지체(32)의 수와 대응하는 개수만큼 각 위치에 마련될 수 있다.
중간 방벽 지지체(32)는, 제5 지지체 수용부(31)에 고정되거나 접하도록 설치됨과 동시에, 제6 지지체 수용부(33)에 고정되거나 접하도록 설치되는 형태로 마련된다.
또한, 본 실시예의 중간 방벽 지지체(32)는, 일측면이 제5 지지체 수용부(31)에 수납되는 제5 지지체 부재(32-1)와, 일측면이 제6 지지체 수용부(33)에 수납되는 제6 지지체 부재(32-2)를 포함하여, 2개 이상의 부재로 이루어지는 분리형 지지 구조체 형태로서 마련되어, 상대 변위를 허용하도록 구성될 수 있다.
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.
1 : 액화수소 저장용 독립형 탱크
10 : 1차 방벽 S1 : 제1 공간 (내조)
11 : 제1 지지체 수용부 HL : 액화수소 라인
12 : 1차 방벽 지지체 EL : 센서 및 전계장 라인
13 : 제2 지지체 수용부 IL : 내조 냉각라인
BL : 증발가스 라인
20 : 구획 구조물 S2 : 제2 공간 (진공 단열층)
21 : 제3 지지체 수용부 VP : 진공 펌프
22 : 구조물 지지체 VL : 진공 라인
23 : 제4 지지체 수용부
30 : 중간 방벽 S3 : 제3 공간 (극저온 열차단층)
31 : 제5 지지체 수용부 LL : 극저온 유체 라인
32 : 중간 방벽 지지체 CL : 냉각 라인
33 : 제6 지지체 수용부
40 : 단열층 C : 운송수단 내 설치공간

Claims (11)

  1. 액화수소를 수용할 수 있는 제1 공간을 형성하는 1차 방벽;
    상기 1차 방벽과 일정한 거리를 두고 이격되어 1차 방벽과의 사이에 제2 공간을 형성하는 구획 구조물;
    상기 구획 구조물의 외벽과 일정한 거리를 두고 이격되어 구획 구조물과의 사이에 제3 공간을 형성하는 중간 방벽; 및
    상기 중간 방벽을 둘러싸며 열손실을 방지하기 위한 단열층;을 포함하고,
    상기 제2 공간은 진공 상태로 운용되는 진공 단열층이고,
    상기 제3 공간은 극저온 유체가 채워지거나 순환되는 극저온 열차단층인, 액화수소 저장용 독립형 탱크.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 공간에는,
    박막형 또는 분말형 단열재; 및
    진공 펌프와 연결되어, 상기 제2 공간의 진공을 유지시키기 위한 진공 라인;이 설치되는, 액화수소 저장용 독립형 탱크.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3 공간에는,
    액화수소보다 액화온도가 높은 극저온 유체; 및
    상기 극저온 유체를 선적 및 하역하기 위한 극저온 유체 라인;이 마련되는, 액화수소 저장용 독립형 탱크.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 단열층은 상압으로 유지되며,
    상기 단열층에는, 진공단열패널 또는 에어로젤 블랑킷을 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상의 단열재가 설치되는, 액화수소 저장용 독립형 탱크.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 단열층은 진공 상태가 유지되며,
    상기 단열층에는, 다층박막단열재, 중공미소유리구, 펄라이트, 에어로젤을 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상의 단열재가 설치되는, 액화수소 저장용 독립형 탱크.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 1차 방벽과 구획 구조물 사이에 다수개 설치되며 상기 1차 방벽을 지지하는 1차 방벽 지지체; 및
    상기 구획 구조물과 중간 방벽 사이에 다수개 설치되며 상기 1차 방벽 및 구획 구조물을 지지하는 구조물 지지체;를 더 포함하고,
    상기 1차 방벽 지지체 및 구조물 지지체는 극저온용 플라스틱으로 이루어지는, 액화수소 저장용 독립형 탱크.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 구조물 지지체는,
    일측면이 상기 구획 구조물에 용접되고 타측면은 상기 중간 방벽에 용접되는 일체형 지지체; 또는
    분리형 지지체로서,
    일측면이 상기 구획 구조물에 용접되는 제3 지지체 부재; 및
    일측면이 상기 중간 방벽에 용접되며, 타측면이 상기 제3 지지체 부재의 타측면과 상대 변위를 허용하면서 마주닿는 제4 지지체 부재;를 포함하여 이루어지는, 액화수소 저장용 독립형 탱크.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 분리형 지지체는,
    상기 제3 지지체 부재의 타측면과 상기 제4 지지체 부재의 타측면을 물리적으로 결합하는 볼트;를 더 포함하는, 액화수소 저장용 독립형 탱크.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 1차 방벽 지지체는,
    일측면이 상기 1차 방벽에 고정되는 제1 지지체 부재; 및
    일측면이 상기 구획 구조물에 고정되는 제2 지지체 부재;를 포함하고,
    상기 제1 지지체 부재의 타측면과 제2 지지체 부재의 타측면은 상대 변위를 허용하면서 서로 마주닿는 구조인, 액화수소 저장용 독립형 탱크.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 중간 방벽과 상기 액화수소 저장용 독립형 탱크가 설치되는 공간 사이에 다수개 설치되며, 상기 1차 방벽, 구획 구조물 및 중간 방벽을 지지하는 중간 방벽 지지체;를 더 포함하는, 액화수소 저장용 독립형 탱크.
  11. 액화수소를 저장하는 내조 및 상기 내조의 외측에서 진공 상태를 유지시켜 상기 내조로의 열전달을 방지하는 진공 단열층을 포함하는 가압식 내조; 및
    상기 가압식 내조의 외측에 액화질소 또는 액화천연가스를 공급하여 상기 내조와 외부의 온도차를 감소시키는 극저온 열차단층 및 상기 극저온 열차단층의 외측에 단열재를 설치하여 외부로부터 극저온 열차단층으로의 열전달을 방지하는 단열층을 포함하는 진공 또는 상압식 외조;를 포함하는 액화수소 저장용 독립형 탱크.
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