KR20220122417A - 초저온 액화수소 저장탱크의 단열구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액화수소가 저장되는 공간이 형성되는 내벽과 내벽을 둘러싸는 외벽을 포함하는 이중구조로, 내벽과 외벽 사이의 공간에 진공을 걸어서 열전달을 차단하는 단열부가 포함되어 있는 액화수소 저장탱크에 있어서, 단열층에 적용되는 심재(Core material)로 연질 다공성 투습성 소재를 사용하여 심재의 침하현상 발생하지 않는 안정성 있는 액화수소 저장탱크 단열구조를 제공한다.

Description

초저온 액화수소 저장탱크의 단열구조 {The insulation methods for liquid hydrogen(LN2) storage tanks}
본 발명은 액화수소를 수송하는 선박이나 액화수소 추진선박, 액화수소 추진 차량, 액화수소 운반 트레일러, 육상용 액화수소 저장탱크 등에서 안정적으로 액화수소를 저장하기 위한 저장탱크에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초저온 상태의 액화수소를 저장하는 저장탱크 외부로부터의 열유입에 의한 액화수소의 자연기화를 최소화하고 단열재 침하에 의해 발생되는 공극을 최소화할 수 있는 액화수소 저장탱크의 단열구조에 관한 것이다.
액화수소 저장탱크의 단열기술은 영하 163도의 온도에서 저장되는 액화천연가스의 저장온도보다 100도가량 낮은 영하 253도의 액화수소를 저장하여야 하기 때문에 기존의 액화천연가스 저장탱크에 적용되는 단열구조보다 뛰어난 단열성능이 요구된다.
일반적으로 액화수소 저장탱크의 단열 시스템으로는 진공단열, 다층 단열재(MLI, Multi-layer insulation), 증기냉각 복사 쉴드 등의 방법들이 사용되고 있으나, 가장 많이 사용되고 있는 단열구조는 진공단열 구조이다. 진공단열은 액화수소가 저장되는 내벽과 내벽을 둘러싸는 외벽을 포함하는 이중구조의 액화수소 저장탱크에서 내벽과 외벽사이의 공간에 심재(Core material)를 넣어 진공을 걸어서 단열을 하는 구조이로써, 진공층의 심재(Core material)로 펄라이트(Perlite)를 가장 많이 사용하고 있다. 이 펄라이트는 시간이 지나면서 자중 및 중력에 의해서 침하현상이 발생하게 되고 이 현상으로 인하여 저장탱크 상부에 공극이 발생되는 문제점등이 있다.
따라서, 액화수소 저장탱크의 단열에 있어서 뛰어난 단열성능을 갖추는 것도 중요하지만, 장기적으로 안정적인 단열성능을 제공할 수 있는 단열구조에 대한 연구 또한 반드시 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 액화수소를 저장하기에 적합하도록 단열 성능을 향상시켜 증발가스의 발생 및 열손실을 최소화하는 액화수소 저장탱크의 단열구조를 제공하는 것이다. 또한, 진공층의 심재에 변화를 주어 종래기술에서 가지고 있었던 중력 및 자중에 의해 발생되었던 심재 침하에 의한 공극 발생 문제를 해결하고 보다 안정적인 단열구조를 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 내측에 액화수소가 저장되는 공간이 형성되는 내벽과 상기 내벽을 둘러싸는 외벽을 포함하는 이중구조의 액화수소 저장탱크에 있어서, 상기 내벽과 외벽사이의 공간에 열전달을 차단하는 진공층을 포함하고, 상기 진공층에는 심재(Core material)로 연질 다공성 투습성 소재를 사용하는 것을 특징으로 하는 액화수소 저장탱크의 단열구조.
상기 연질 다공성 투습성 소재는 복사에 의한 열유입을 차단 및 진공도 유지를 위하여 알루미늄 등의 금속을 코팅처리한 박막을 함께 사용할 수 있다
상기 심재는 액화수소 저장탱크의 구조 및 설치조건에 따라서, 다공성 투습성 소재와 펄라이트 및 Glass bubble과 같은 분말형 심재들과 혼용하여 함께 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면 내벽과 외벽을 포함하는 이중구조의 액화수소 저장탱크에 있어서, 내벽과 외벽 사이에 진공층을 형성하여 매우 우수한 단열성능을 제공하며, 심재로 사용이 되던 분말형(펄라이트, Glass bubble) 소재를 연질 다공성 투습성 소재로 변경함으로써 자중과 중력에 의해 침하되는 현상을 원천적으로 제거하여 침하로 인하여 발생되는 저장탱크 상부의 심재 공극 현상을 제거하여 보다 안정적인 단열구조를 제공하는 효과가 있다.
도 1은 진공 층 심재로 연질 다공성 투습성 소재만을 적용한 액화수소 저장탱크의 단면도이다.
도 2는 진공 층 심재로 연질 다공성 투습성 소재와 분말형 소재를 혼합하여 적용한 액화수소 저장탱크의 단면도이다.
도 3은 진공 층 심재로 연질 다공성 투습성 소재를 적용하였 때의 액화수소 저장탱크 조립 순서도이다.
도 4는 탱크 타입 별 적용 예시를 도시한 단면도이다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과하며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
도 1은 내지 도3은 본 발명의 실시예에 따른 액화수소 저장탱크를 나타낸 도면 및 조립 순서도로서, 도4를 참조하면, 액화수소를 저장할 수 있는 내벽을 둘러싸고 있는 하부 외벽의 내면에 연질 다공성 투습성 소재의 심재를 부착 및 설치한다. 이때, 운전상태일때의 내벽의 수축량을 고려하여 내벽과 외벽사이의 공간거리보다 두껍게 설치하여 탱크가 수축을 하여도 공극이 발생하지 않도록 한다. 하부 심재 설치가 완료되면 액화수소를 저장할 수 있는 내벽을 연질 다공성 투습성 심재 위에 올려놓고 연결구조물을 이용하여 내벽을 외벽에 고정시켜 준다. 내벽의 고정이 끝난 후에 연결구조물 사이의 공간을 심재로 충진하고, 하부 외벽과 상부 외벽 사이에 가스켓을 설치한 후 상부 외벽을 설치한다. 상부 외벽은 설치 전 내면에 연질 다공성 투습성 소재의 심재가 부착되어져 있어야 하며, 하부 외벽과 동일하게 심재의 두께를 내벽의 수축량을 고려하여 두껍게 시공한다.
상부 외벽의 설치가 끝난 이후에 외벽의 기밀성을 확인 한 후 단열부에 진공을 걸어 열전달을 차단하는 진공층을 만들어 준다.
도 2는 액화수소를 저장할 수 있는 내벽과 내벽을 둘러싸고 있는 외벽 사이 단열부의 심재를 연질 다공성 수축성 심재와 분말형 심재를 함께 사용한 실시예를 도시한 도면으로 하부 외벽에 액화수소를 저장할 수 있는 내벽을 설치하기 전에 연질 다공성 수축성 심재를 내벽 외면에 설치한 후 하부 외벽에 연결구조물을 이용하여 설치, 고정한다. 내벽의 고정이 완료되면 상부 외벽을 설치하고, 내벽과 외벽 사이에 남아있는 공간은 분말형 심재를 이용하여 충진 한다. 분말형 심재 충진 후 단열부에 진공을 걸어 진공층을 만들어주어 액화수소 저장탱크의 단열을 완료하게 된다.
도 4의 경우에는 탱크의 형태에 따른 연질 다공성 수축성 심재와 분말형 심재를 적용한 실시예를 도시한 도면이나, 연질 다공성 수축성 심재만을 이용하여 단열시스템을 구성할 수도 있다.
1 : 액화수소 저장탱크 2: 하부 외벽
3: 상부 외벽 4: 하부 단열부
5: 상부 단열부 6: 이음매 단열부
7: 연결 구조물 8: 가스캣
10: 연진 다공성 심재 11: 분말형 심재
12: 탱크 지지대

Claims (3)

  1. 내측에 액화수소가 저장되는 공간이 형성되는 내벽과 상기 내벽을 둘러싸는 외벽을 포함하는 이중구조의 액화수소 저장탱크에 있어서,
    상기 내벽과 외벽사이의 공간에 열전달을 차단하는 진공층을 포함하고,
    상기 진공층에는 심재(Core material)로 연질 다공성 투습성 소재를 사용하는 것을 특징으로 하는 액화수소 저장탱크의 단열구조.
  2. 청구항 1에 있어서
    상기 연질 다공성 투습성 소재는 복사 의한 열유입을 차단 및 진공도 유지를 위하여 알루미늄 등의 금속을 코팅처리한 박막을 함께 사용할 수 있다
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 심재(Core material)는 액화수소 저장탱크의 구조 및 설치조건에 따라서, 다공성 투습성 소재와 펄라이트 및 Glass bubble과 같은 분말형 심재들과 혼용하여 함께 사용될 수 있다.
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