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KR20240017364A - 선박 및 액화 수소 탱크 - Google Patents

선박 및 액화 수소 탱크 Download PDF

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KR20240017364A
KR20240017364A KR1020237044746A KR20237044746A KR20240017364A KR 20240017364 A KR20240017364 A KR 20240017364A KR 1020237044746 A KR1020237044746 A KR 1020237044746A KR 20237044746 A KR20237044746 A KR 20237044746A KR 20240017364 A KR20240017364 A KR 20240017364A
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KR
South Korea
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tank
temperature
liquefied hydrogen
insulating layer
gas
Prior art date
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Application number
KR1020237044746A
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Inventor
타이치로 시모다
하루히코 토미나가
츠네오 타카하시
겐키 요코야마
신 타나카
다이스케 코자키
다이치 카노
타카미치 호소노
Original Assignee
카와사키 주코교 카부시키 카이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 카와사키 주코교 카부시키 카이샤 filed Critical 카와사키 주코교 카부시키 카이샤
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Abstract

액화 수소 탱크는, 액화 수소가 수용되는 내조와, 내조를 포위하는 외조와, 외조를 포위하는 외각과, 내조와 외조 사이의 제1 영역에 배치된 제1 단열층과, 외조와 외각 사이의 제2 영역에 배치된 제2 단열층을 구비한다. 제1 영역은 수소 가스 또는 헬륨 가스인 제1 가스가 충전된 실질적으로 대기압 또는 저진공이고, 제2 영역은 불활성 가스 및 건조 공기 중 적어도 일방을 포함하는 제2 가스로 충전되어 있으며, 내조에 액화 수소가 수용된 상태에서, 외조의 온도가 산소의 응축점보다 높고 또한 대기 온도 이하의 소정의 외조 관리 온도이다.

Description

선박 및 액화 수소 탱크
본 개시는 액화 수소 탱크 및 액화 수소 탱크가 탑재된 선박에 관한 것이다.
종래부터, 진공 단열 구조를 구비한 액화 수소 탱크가 알려져 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에 개시된 액화 가스 유지 탱크는, 액화 수소 등의 극저온의 액화 가스를 저류하는 내조(內槽)와, 내조를 덮는 외조(外槽)와, 내조와 외조 사이의 진공 영역 단열층과, 외조의 외표면을 덮는 비상용 단열층을 구비하고, 내조와 외조의 사이는 고진공이다. 고진공은 일반적으로 10-1 Pa 내지 10-5 Pa의 기압을 의미한다.
일본 특허공개 특개2017-194166호 공보
특허문헌 1의 액화 가스 유지 탱크에서는, 내조와 외조의 사이가 고진공인 데다가, 내조와 외조의 사이에 진공 영역 단열층이 배치되어 있기 때문에, 내조와 외조의 사이에서 열의 대류, 복사 및 전도가 억제되어, 높은 방열 성능을 구비하고 있다. 그러나, 거대한 용적을 가지는 조간(槽間)을 진공으로 하는데 시간을 필요로 하고, 그것이 제조나 메인터넌스에 걸리는 시간을 길게 하는 요인의 하나가 될 수 있다. 또한, 내진공성을 구비하기 위해서 조벽(槽壁)에 충분한 두께를 필요로 하고, 그것이 탱크 중량을 증가시키는 요인 중 하나가 될 수 있다.
한편, 상기 탱크가 진공 단열 구조를 가지지 않는 경우에는, 내조와 외조 사이의 방열 성능이 떨어지기 때문에, 정상적으로 외조의 표면 온도가 극저온이 될 가능성이 있다. 외조의 표면 온도가 극저온이 되면, 외조의 표면에서 산소가 응축하여 액화할 우려가 있다.
본 개시는 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 내조와 외조의 층 사이에 진공 단열 구조를 가지지 않는 액화 수소 탱크에서, 외조의 표면에서 산소의 응축을 억제하는 것에 있다.
본 개시의 일 측면에 따른 액화 수소 탱크는, 액화 수소가 수용되는 내조와, 상기 내조를 포위하는 외조와, 상기 외조를 포위하는 외각(外殼)과, 상기 내조와 상기 외조 사이의 제1 영역에 배치된 제1 단열층과, 상기 외조와 상기 외각 사이의 제2 영역에 배치된 제2 단열층을 구비하고, 상기 제1 영역은 수소 가스 또는 헬륨 가스인 제1 가스가 충전된 실질적으로 대기압 또는 저진공이고, 상기 제2 영역은 불활성 가스 및 건조 공기 중 적어도 일방을 포함하는 제2 가스로 충전되어 있으며, 상기 내조에 액화 수소가 수용된 상태에서, 상기 외조의 온도가 산소의 응축점보다 높고 또한 대기 온도 이하의 소정의 외조 관리 온도인 것을 특징으로 한다.
본 개시의 일 측면에 따른 선박은, 상기 액화 수소 탱크를 구비한 것이다.
본 개시에 의하면, 내조와 외조의 층 사이에 진공 단열 구조를 구비하지 않는 액화 수소 탱크에서, 외조의 표면에서 산소의 응축을 억제할 수 있다.
[도 1] 도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 액화 수소 탱크를 탑재한 선박의 개략적인 구성을 도시하는 도면이다.
[도 2] 도 2는 선박의 횡단면도를 도시하는 도면이다.
[도 3] 도 3은 액화 수소 탱크의 벽의 온도 분포를 도시하는 도면이다.
[도 4] 도 4는 액화 수소 탱크의 외조 온도의 검사 장치의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 액화 수소 탱크(3)를 탑재한 선박(1)의 개략적인 구성도이다. 도 1에 도시된 선박(1)은 선체(2)와, 선체(2)에 탑재된 4 개의 액화 수소 탱크(3)를 구비한다. 액화 수소 탱크(3)는 액화 수소 수송용의 카고 탱크이다. 액화 수소 탱크(3)는, 본 실시예에서는 선장 방향으로 늘어서 있지만, 선폭이 넓은 경우에는 선폭 방향으로 늘어서 있어도 좋다. 또한, 선체(2)에 탑재되는 액화 수소 탱크(3)의 수는 1 개라고 좋고, 2 개 이상의 복수라도 좋다.
본 실시예에서, 4개의 액화 수소 탱크(3)는 실질적으로 동일한 구조를 가진다. 본 실시예에서는, 액화 수소 탱크(3)는 다층 탱크로서 구성되어 있다. 그러나, 선박(1)에 복수의 액화 수소 탱크(3)가 탑재되어 있는 경우, 복수의 액화 수소 탱크(3)는 각각 다른 구조를 가지고 있어도 좋다.
도 2에 도시된 바와 같이, 액화 수소 탱크(3)는, 액화 수소가 저장되는 내조(4)와, 내조(4)를 둘러싸는 외조(5)와, 외조(5)를 둘러싸는 외각(6)을 구비한다. 내조(4)와 외조(5)는, 조의 두께 방향으로 이격되어 있다. 내조(4)와 외조(5)의 조간을 「제1 영역(31)」이라고 칭한다. 외조(5)와 외각(6)은 조의 두께 방향으로 이격되어 있다. 외조(5)와 외각(6) 사이를 「제2 영역(32)」이라고 칭한다.
제1 영역(31)은 제1 가스가 충전되어, 실질적으로 대기압 또는 저진공 상태로 되어 있다. 제1 가스는 수소 가스 또는 헬륨 가스이다. 대기압이란 약 105 Pa를 나타내지만, 제1 영역(31)은 온도나 선체(2)의 동요 등에 의해 압력이 변동할 수 있기 때문에, 본 명세서 및 특허청구범위에서 「실질적으로 대기압」에는 약 105 Pa 및 약 105 Pa 보다 압력 변동의 범위에서 높은 기압(예를 들어, 1.0 × 105 Pa 보다 높고 1.5 × 105 Pa 이하의 대략 대기압)을 포함할 수 있다. 또한, 저진공 상태는 대기압보다 저압이고, 105 Pa 내지 102 Pa 사이의 기압을 나타낸다. 제1 가스가 수소 가스인 경우에는, 내조(4)에서 발생한 기화 가스가 제1 영역(31)으로 유입되도록, 내조(4)의 기상부와 제1 영역(31)이 연통되어 있어도 좋다. 제2 영역(32)은, 제2 가스가 충전되어, 실질적으로 대기압으로 되어 있다. 특별히 한정되지 않지만, 제2 영역(32)은 제1 영역(31)보다 고압이라도 좋다. 제2 가스는 질소 등의 불활성 가스 및 건조 공기 중 적어도 일방을 포함한다. 예를 들어, 제2 영역(32)에 건조 공기가 충전되고, 후술하는 제2 단열층(62)에 불활성 가스가 유지되어 있어도 좋다.
내조(4)는, 대략 구형의 내조 본체(41)를 구비한다. 내조(4)에는, 내조 본체(41)로부터 상향으로 돌출하는 내조 돔이 설치되어 있어도 좋다.
외조(5)는 대략 구형의 외조 본체(51)를 구비한다. 외조(5)에는, 외조 본체(51)로부터 상향으로 돌출하는 외조 돔이 설치되어 있어도 좋다. 외조 본체(51)는, 내조 본체(41)를 둘러싼다. 그러나, 내조 본체(41) 및 외조 본체(51)는, 반드시 구형일 필요는 없고, 수평 방향으로 긴 원통 형상이나 연직 방향으로 긴 원통 형상이라도 좋다. 또는, 내조 본체(41) 및 외조 본체(51)는 입방체 형상이나 직육면체 형상이라도 좋다.
선체(2)는, 상향으로 개구하는 2 개의 화물창(21)을 구비한다. 2 개의 화물창(21)은 선장 방향으로 늘어서 있고, 화물창(21)끼리는 벽(22)에 의해 구획되어 있다. 각각의 화물창(21)의 내부에, 내조(4) 및 외조(5)의 하부가 수용되어 있다.
각각의 화물창(21)의 내부에는, 선장 방향으로 서로 이격된 한 쌍의 스커트(25)가 설치되어 있다. 스커트(25)는 외조(5)를 지지한다. 또한, 내조(4)와 외조(5) 사이에는, 내조 본체(41)를 지지하는 한 쌍의 지지 부재(35)가 설치되어 있다. 본 실시예에서는, 지지 부재(35)의 연장선 상에 스커트(25)가 배치되어 있지만, 지지 부재(35) 및 스커트(25)의 배치는 본 실시예에 한정되지 않는다.
외조(5)의 상방에는, 탱크 커버(60)가 배치되어 있다. 탱크 커버(60)는 대응하는 외조(5)의 상부를 덮고 있다. 그러나, 외조(5)의 상부는 선체(2)의 구성 요소에 의해 덮여 있어도 좋다. 본 실시예에서는, 탱크 커버(60)와, 화물창(21)을 형성하는 선체(2)의 구성 요소인 벽(22)에 의해, 외각(6)이 구성되어 있다.
[액화 수소 탱크(3)의 방열 구조]
여기서, 상기 구성의 액화 수소 탱크(3)에 구비된 방열 구조에 대하여 설명한다. 액화 수소 탱크(3)는 내조(4)와 외조(5) 사이의 제1 영역(31)에 제1 단열층(61)을 구비하고, 외조(5)와 외각(6) 사이의 제2 영역(32)에 제2 단열층(62)을 구비한다.
본 실시예에서, 제1 단열층(61)은 내조(4)의 외표면을 덮는 면상 단열재로 구성되어 있다. 면상 단열재는 필름 형상, 패널 형상 및 시트 형상의 단열재이고, 예를 들어, 발포 우레탄 패널, 발포 페놀 수지 패널, 에어로겔 시트, 시트상 글래스 울 등이 예시된다. 제1 영역(31)의 면상 단열재가 배치되어 있지 않은 공간에, 입자상 단열재가 충전되어 있어도 좋다. 제1 단열층(61)의 단열 성능은, 면상 단열재의 재료를 선택하거나, 면상 단열재의 벽 두께 방향의 두께를 바꾸거나, 입상 단열재를 추가함으로써, 조정 가능하다.
본 실시예에서, 제2 단열층(62)은 외조(5)의 외표면을 덮는 면상 단열재로 구성되어 있다. 제2 단열층(62)의 단열 성능은, 면상 단열재의 재료를 선택하거나, 면상 단열재의 벽 두께 방향의 두께를 바꿈으로써, 조정 가능하다. 여기서, 제1 단열층(61) 및 제2 단열층(62)의 형태는 본 실시예에 한정되지 않는다.
상기 구성의 액화 수소 탱크(3)에서는, 내조(4)의 외표면 및 외조(5)의 내표면에서 제1 가스의 응축이 억제되는 것이 바람직하다. 따라서, 내조(4)와 외조(5)의 조간에는, 수소 가스 또는 헬륨 가스 등의 응축점이 낮은 제1 가스가 충전되어 있다. 그러나, 수소 가스 또는 헬륨 가스는, 열전도율이 공기나 질소보다 현저하게 높기 때문에, 단열재의 방열 성능은 제2 영역(32)에 배치된 상태보다 제1 영역(31)에 배치된 상태 쪽이 낮게 된다. 즉, 제1 영역(31) 및 제2 영역(32)에 배치되는 단열재의 총량이 일정하다는 조건 하에서는, 제2 영역(32)에 배치되는 단열재의 비율이 커질수록 액화 수소 탱크(3)의 전체로서의 방열 성능은 향상된다. 한편, 방열 성능 향상을 위해 제2 영역(32)에 배치되는 단열재를 늘리거나, 비용 대비 효과의 관점에서 제1 영역(31)에 배치되는 단열재를 줄이거나 함으로써, 제2 영역(32)에 배치되는 단열재의 비율을 크게 해 가면 외조(5)의 온도는 저하해 간다. 외조(5)의 온도가 지나치게 저하하면 단열재에 포함되는 기체나 단열재의 간극으로부터 유입된 기체가 응축된다. 이러한 기체에 산소가 포함되어 있는 경우, 외조(5)의 표면에 액체 산소가 생긴다. 생성된 액체 산소의 주위에는 가연성의 고농도 산소 가스 영역이 존재하기 때문에, 외조(5)의 표면에서 산소 가스의 응축은 바람직하지 않다.
도 3은 내조(4)로부터 외각(6)까지의 액화 수소 탱크(3)의 벽 두께 방향의 온도 분포를 모식화한 도면이다. 내조(4)의 온도는 내조 온도(T4)이고, 제1 단열층(61)의 내표면의 온도는 T4이고, 제1 단열층(61)의 외표면의 온도는 T61이다. 제1 단열층(61)의 온도는 외측으로 갈수록 높아지도록 T4로부터 T61까지 천이한다. 외조(5)의 온도는 외조 온도(T5)이고, T5는 T61과 동일하거나 또는 T61보다 높다. T5와 T61의 온도차는 충분히 작기 때문에, 계산 상 T5와 T61을 실질적으로 동일한 온도로 하여도 좋다. 제2 단열층(62)의 내표면은 외조(5)의 외표면과 접촉하거나, 또는, 약간의 간극을 가지고 대치(對峙)되어 있다. 제2 단열층(62)의 내표면의 온도는 T5이고, 제2 단열층(62)의 외표면의 온도는 T62이다. 제2 단열층(62)의 온도는, 외측으로 갈수록 높아지도록 T5로부터 T62로 천이한다. 외각(6)의 온도는 외각 온도(T6)이고, T6은 T62와 동일하거나 또는 T62보다 높다. T6과 T62의 온도차는 충분히 작기 때문에, 계산 상 T6과 T61을 실질적으로 동일한 온도로 하여도 좋다.
내조 온도(T4)는, 내조(4)에 수용된 액화 수소가 기화하지 않는 온도, 즉, 수소의 비점 이하로 유지된다. 수소의 통상 비점은 -253 ℃이고, 내조(4)의 내압에 따라 수소의 비점도 변화한다. 외각(6)은 노출되어 있고, 외각 온도(T6)는 외기온과 거의 동일하다. 연산에 사용되는 외기온은 약 27 ℃로 하여도 좋다. 제2 영역(32)에 존재하는 산소가 외조(5)의 표면에서 응축되는 것을 방지하기 위해서, 외조 온도(T5)는 산소의 응축점보다 높은 것이 바람직하다. 제1 단열층(61)의 외표면의 온도는 T61도 산소의 응축점보다 높을 수 있다. 여기서, 산소의 응축점은 제2 영역(32)의 압력 하에서 산소의 응축점이다. 응축점은 기체가 액체로 전이하는 온도이고, 산소의 응축점과 비점은 동일한 온도이다. 대기압에서 산소의 응축점, 즉 통상 응축점은 -183 ℃이다. 제2 단열층(62)의 외표면의 온도(T62)는, 제2 단열층(62)의 외표면에서 제2 영역(32)에 존재하는 수분이 결로되지 않도록, 제2 영역(32)에 존재하는 수분의 이슬점 온도보다 높은 것이 바람직하다. 이슬점 온도는 제2 영역(32)의 습도 등에 의해 달라진다.
제1 단열층(61)과 제2 단열층(62)의 조합은 상기 온도 분포를 실현하는 단열 성능을 가진다. 상세하게는, 제1 단열층(61) 및 제2 단열층(62)의 조합은, 내조(4)에 액화 수소가 수용된 상태에서, 외조(5)의 온도를 소정의 외조 관리 온도로 유지하는 단열 성능을 가진다. 여기서, 내조(4)의 액화 수소의 액위의 변화나 외기온의 변동에 의한 입열의 변화 등에 의해 외조(5)의 온도는 정상적으로 변동하기 때문에, 외조 관리 온도는 온도폭을 가지는 온도 범위라도 좋다. 일반적으로, 외조(5)의 온도는 상반 부분보다 하반 부분 쪽이 낮다. 따라서, 제1 단열층(61) 및 제2 단열층(62)의 단열 성능은, 외조(5)의 하반 부분에서 외조(5)의 온도가 외조 관리 온도가 되도록 설계되는 것이 바람직하다.
외조 관리 온도는, 외조(5)의 표면에서 산소 가스가 응축하지 않는 온도로 설정된다. 외조 관리 온도는 산소의 응축점보다 높고 또한 대기 온도 이하이다. 외조 관리 온도는 산소의 응축점보다 높고, 또한, 내조(4)의 온도와 외각(6)의 온도의 중간 온도 이하라도 좋다. 다만, 외조(5)의 온도가 높으면, 제약이 많은 제1 단열층(61)에 고도한 단열 성능이 요구되거나, 또는, 내조(4) 내의 액화 수소의 기화 가스 발생량이 증대되기 때문에, 외조 관리 온도는 산소의 응축점보다 높고 또한 가능한 낮은 온도인 것이 바람직하다. 또한, 대기 온도나 내조(4)의 온도의 변동 등에 의해 외조(5)의 온도도 변동하기 때문에, 외조 관리 온도는 이러한 변동을 고려하여 설정되는 것이 바람직하다. 이러한 관점에서, 외조 관리 온도는 산소의 응축점보다 1 ℃ 내지 40 ℃의 범위에서 높은 온도라도 좋고, 산소의 응축점보다 5 ℃ 내지 25 ℃의 범위에서 높은 온도라도 좋다. 이하, 구체적인 수치예를 든다. 그러나, 본 개시는 이들에 한정되지 않는다.
제1 예에서는, 내조(4)의 온도가 -253 ℃이고, 외각(6)의 온도가 27 ℃이며, 외조 관리 온도는 산소의 통상 응축점보다도 1 ℃만큼 높은 -182 ℃로 된다. 제1 예에서는, 제1 단열층(61)은 -253 ℃에서 -182 ℃까지의 약 70 ℃에서 층 두께 방향으로 온도가 전이하는 단열 성능을 구비하고, 제2 단열층(62)은 -182 ℃에서 27 ℃까지의 약 210 ℃에서 층 두께 방향으로 온도가 전이하는 단열 성능을 구비한다. 엄밀하게는 스커트(25)나 지지 부재(35)로부터의 입열 등의 영향을 받지만, 액화 수소 탱크(3)의 방열 구조의 제1 단열층(61) 및 제2 단열층(62) 이외의 요소를 제외하고 제1 단열층(61) 및 제2 단열층(62)의 단열 성능을 비교하면, 제1 예에서는, 제1 단열층(61)의 단열 성능과 제2 단열층(62)의 단열 성능의 비는 대략 1 : 3이다. 제1 단열층(61) 및 제2 단열층(62)의 단열 성능은, 예를 들어, 벽 두께 방향의 열 저항으로 나타낼 수 있다.
제2 예에서는, 내조(4)의 온도가 -253 ℃이고, 외각(6)의 온도가 27 ℃이며, 외조 관리 온도는 -159 ℃로 된다. 제2 예에서는, 제1 단열층(61)은 -253 ℃에서 -159 ℃까지의 약 94 ℃에서 층 두께 방향으로 온도가 전이하는 단열 성능을 구비하고, 제2 단열층(62)은 -159 ℃에서 27 ℃까지 약 186 ℃에서 층 두께 방향으로 온도가 전이하는 단열 성능을 구비한다. 제2 예에서는, 제1 단열층(61)의 단열 성능과 제2 단열층(62)의 단열 성능의 비는 대략 1 : 2이다.
제3 예에서는, 내조(4)의 온도가 -253 ℃이고, 외각(6)의 온도가 27 ℃이며, 외조 관리 온도는 내조(4)의 온도와 외각(6)의 온도의 중간 온도인 -113 ℃로 된다. 제3 예에서는, 제1 단열층(61)은 -253 ℃에서 -113 ℃까지의 약 140 ℃에서 층 두께 방향으로 온도가 전이하는 단열 성능을 구비하고, 제2 단열층(62)은 -113 ℃에서 27 ℃까지의 약 140 ℃에서 층 두께 방향으로 온도가 전이하는 단열 성능을 구비한다. 제3 예에서는, 제1 단열층(61)의 단열 성능과 제2 단열층(62)의 단열 성능의 비는 대략 1 : 1이다.
제2 단열층(62)의 단열 성능은, 제1 단열층(61)의 단열 성능의 1배 이상인 것이 바람직하다. 제1 단열층(61)의 단열 성능을 제2 단열층(62)의 단열 성능보다 높게 하는 것은 가능하지만, 이 경우, 효율이 좋지 않아서, 코스트가 높고 경제적이지 않다.
액화 수소 탱크(3)는, 당해 액화 수소 탱크(3)의 외조(5)의 온도가 적절하게 관리되는지 여부를 검사하기 위한 검사 장치(8)를 구비한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 검사 장치(8)는 프로세서(801) 및 메모리(802)를 구비한다. 프로세서(801)는, 메모리(802)에 기억된 소정의 프로그램을 실행함으로써, 검사 장치(8)로서의 기능을 구비한다. 그러나, 검사 장치(8)의 구성은 상기에 한정되지 않는다. 검사 장치(8)의 기능은, 개시된 기능을 실행하도록 구성 또는 프로그램된 범용 프로세서, 전용 프로세서, 집적 회로, ASIC(Application Specific Integrated Circuits), 종래의 회로 및/또는 이들의 조합을 포함하는 회로 또는 처리 회로를 사용하여 실행할 수 있다. 프로세서는 트랜지스터나 다른 회로를 포함하기 때문에, 처리 회로 또는 회로로 간주된다. 본 개시에서, 회로, 유닛 또는 수단은 열거된 기능을 수행하는 하드웨어이다. 하드웨어는 본 명세서에 개시ㅚ어 있는 하드웨어라도 좋고, 또는, 열거된 기능을 실행하도록 프로그램 또는 구성되어 있는 그 밖의 공지된 하드웨어라도 좋다. 하드웨어가 회로의 일종으로 고려되는 프로세서인 경우, 회로, 수단 또는 유닛은 하드웨어와 소프트웨어의 조합이고, 소프트웨어는 하드웨어 및/또는 프로세서의 구성에 사용된다.
검사 장치(8)는 온도 센서(81)와 통신 가능하게 접속되어 있다. 온도 센서(81)는 외조(5)의 온도를 검출한다. 외조(5)는 일반적으로 상반 부분보다 하반 부분 쪽이 온도가 낮다. 따라서, 바람직하게는 온도 센서(81)는 외조(5)의 하반 부분의 온도를 검출한다. 더 바람직하게는, 외조(5) 중 다른 것에 비해 온도가 낮은 부분을 알고 있는 경우에는, 온도 센서(81)는 당해 부분의 온도를 검출한다.
검사 장치(8)의 프로세서(801)는 온도 센서(81)로부터 외조(5)의 온도의 검출 값을 취득하고, 검출 값과 미리 기억된 산소의 응축점을 비교한다. 제2 영역(32)은 대기압이기 때문에 산소의 응축점은 통상 응축점이라도 좋지만, 제2 영역(32)의 압력에 따라 비교 대상이 되는 산소의 응축점이 조정되어도 좋다. 외조(5)의 온도가 산소의 응축점 이하인 것에 기초하여, 액화 수소 탱크(3)의 내조(4)의 불량이 추측 가능하다. 여기서, 내조(4)의 불량으로서, 액화 수소의 누설이나 방열 구조의 파손 등이 예시된다. 프로세서(801)는, 검출된 외조(5)의 온도가 산소의 응축점 이하이면 액화 수소 탱크(3)의 외조(5)의 온도가 적절히 관리되어 있지 않다고 판정하고, 검출된 외조(5)의 온도가 산소의 응축점보다 높으면 적절하게 관리되고 있다고 판정한다. 여기서, 검사 장치(8)는 외조(5)의 온도의 검출값과 외조 관리 온도를 비교하고, 외조(5)의 온도의 검출값이 외조 관리 온도 이하이면 외조(5)의 온도가 적절하게 관리되지 않는다고 판정하고, 검출된 외조(5)의 온도가 외조 관리 온도보다 높으면 적절하게 관리되고 있다고 판정하도록 구성되어도 좋다. 외조 관리 온도가 온도 범위인 경우에는, 외조 관리 온도의 하한값이 외조(5)의 온도의 검출값과 비교된다.
검사 장치(8)는 출력기(82)와 통신 가능하게 접속되어 있다. 출력기(82)로서, 경보기, 모니터 디스플레이 등이 예시된다. 프로세서(801)는 상기 판정 결과를 출력기(82)에 출력한다. 프로세서(801)는 불량이라고 판정한 경우에만, 당해 판정 결과를 출력기(82)에 출력하여도 좋다. 작업자는, 출력기(82)에서 출력된 정보에 기초하여, 액화 수소 탱크(3)의 외조(5)의 온도가 적절하게 관리되지 않는 것에 대응한 처치를 취할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 개시의 실시예에 따른 선박(1)은 액화 수소 탱크(3)를 구비한다. 액화 수소 탱크(3)는 액화 수소가 수용된 내조(4)와, 내조(4)를 포위하는 외조(5)와, 외조(5)를 포위하는 외각(6)과, 내조(4)와 외조(5) 사이 제1 영역(31)에 배치된 제1 단열층(61)과, 외조(5)와 외각(6) 사이의 제2 영역(32)에 배치된 제2 단열층(62)을 구비한다. 제1 영역(31)은 수소 가스 또는 헬륨 가스인 제1 가스가 충전된 실질적으로 대기압 또는 저진공이고, 제2 영역(32)은 불활성 가스 및 건조 공기 중 적어도 일방을 포함하는 제2 가스가 충전되어 있다. 그리고, 액화 수소 탱크(3)의 내조(4)에 액화 수소가 수용된 상태에서, 외조(5)의 온도가 산소의 응축점보다 높고 또한 대기 온도 이하의 소정의 외조 관리 온도이다. 다시 말해서, 제1 단열층(61) 및 제2 단열층(62)의 조합은, 액화 수소 탱크(3)의 내조(4)에 액화 수소가 수용된 상태로, 외조(5)의 온도가 산소의 응축점보다 높고 또한 대기 온도 이하의 소정의 외조 관리 온도가 되는 단열 성능을 가진다.
상기 액화 수소 탱크(3)에서, 외조 관리 온도는, 산소의 응축점보다 높고, 또한, 내조(4)의 온도와 외각(6)의 온도의 중간 온도 이하라도 좋다. 또는, 상기 액화 수소 탱크(3)에서, 외부 탱크 관리 온도는 산소의 응축점보다 1 내지 30 ℃높은 온도라도 좋다.
상기 구성의 액화 수소 탱크(3) 및 선박(1)에서는, 외조(5)의 외측의 제2 영역(32)에 배치된 제2 단열층(62)을 활용하면서, 내조(4)와 외조(5)의 조간인 제1 영역(31)에도 제1 단열층(61)이 배치됨으로써, 외조(5)의 온도가 외조 관리 온도로 유지된다. 제2 영역(32)에는, 제2 단열층(62)에 들어간 산소나, 제2 가스와의 치환 시에 잔류하는 산소, 또는, 건조 공기에 포함된 산소가 존재한다. 이와 같이 제2 영역(32)에는 산소가 존재하지만, 외조 관리 온도는 산소의 응축점보다 높기 때문에, 외조(5)의 표면에서 산소의 응축이 억제되고, 액화 산소의 생성을 방지할 수 있다. 또한, 외조 관리 온도를 제2 가스의 응축점보다 높게 함으로써, 외조(5)의 표면에서 제2 가스의 응축도 억제할 수 있다.
상기 액화 수소 탱크(3)에서, 제2 단열층(62)의 단열 성능은, 제1 단열층(61)의 단열 성능의 1배 이상 3배 이하라도 좋다.
제1 가스가 충전된 제1 영역(31)에 배치된 제1 단열층(61)과 비교하여, 제1 가스보다 열전도율이 낮은 제2 가스가 충전된 제2 영역(32)에 배치된 제2 단열층(62)은 단열 효율이 높다. 따라서, 상기 제1 단열층(61)과 제2 단열층(62)의 단열 성능의 비율로 함으로써, 효율적이고 또한 경제적으로 제1 단열층(61)과 제2 단열층(62)에 단열 성능이 배분된다.
상기 액화 수소 탱크(3)에서, 제2 단열층(62)은 외조(5)와 대치하고 있는 내표면과, 내표면으로부터 벽 두께 방향으로 떨어진 외표면을 구비하고, 내조(4)에 액화 수소가 수용된 상태에서, 제2 단열 층(62)의 외표면의 온도가 제2 영역(32)에 존재하는 수분의 이슬점 온도보다 높고 또한 대기 온도 이하라도 좋다.
제2 영역(32)에는, 제2 단열층(62)에 들어간 공기에 포함된 수분이나, 제2 가스와의 치환 시에 잔류한 공기에 포함되는 수분, 또는, 건조 공기에 포함된 수분이 존재한다. 이와 같이 제2 영역(32)에는 수분이 존재하지만, 제2 단열층(62)의 외표면의 온도가 이슬점 온도보다 높기 때문에, 제2 단열층(62)의 외표면에서 결로를 방지할 수 있다.
상기의 액화 수소 탱크(3)는, 외조(5)의 온도를 검출하는 온도 센서(81)와, 온도 센서(81)의 검출값을 취득하고, 당해 검출값이 산소의 응축점 이하 또는 외조 관리 온도 이하이면 경고를 출력하는 검사 장치(8)를 더 구비하여도 좋다.
외조(5)의 온도가 산소의 응축점을 상회하도록 구성된 액화 수소 탱크(3)에서는, 외조(5)의 온도가 산소의 응축점 이하인지의 여부에 기초하여, 액화 수소 탱크(3)의 외조(5)의 온도가 적절하게 관리되는지 여부를 검사하는 것이 가능하다. 그리고, 외조(5)의 온도가 적절하게 관리되어 있지 않다고 판정되면, 액화 수소 탱크(3)의 내조(4)의 불량이 추정될 수 있다. 따라서, 상기 검사 장치(8)에 의하면, 액화 수소 탱크(3)를 개방하지 않고, 액화 수소 탱크(3)의 내조(4)의 불량을 추정할 수 있다.
이상에서는, 바람직한 실시예를 설명하였지만, 상기 실시예의 구체적인 구조 및 기능의 상세를 본 개시의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 변경한 것도 본 개시의 범위에 포함될 수 있다. 상기 액화 수소 탱크(3)의 구성은 다음과 같이 변경할 수 있다.
예를 들어, 상기 실시예에 따른 액화 수소 탱크(3)는, 내조(4)와 외조(5)의 두 개의 조를 구비하지만, 세 개 이상의 조를 구비하여도 좋다. 이 경우, 가장 내측의 조를 내조(4)로 간주하고, 가장 외측의 조를 외조(5)로 간주함으로써, 본 개시를 적용할 수 있다.
예를 들어, 상기 실시예에 따른 액화 수소 탱크(3)는, 선체(2)로부터 독립한 구형(또는, 직사각형)의 탱크이지만, 선체(2)를 이용한 멤브레인형 탱크라도 좋다. 이 경우, 상기 실시예에서 내조(4)를 멤브레인, 외조(5)를 내각, 외각(6)을 외각(선체)으로 읽음으로써, 본 개시를 멤브레인형 탱크에 적용할 수 있다.
예를 들어, 상기 실시예에 따른 액화 수소 탱크(3)는 카고 탱크이지만, 액화 수소 탱크(3)는 반드시 선박(1)에 카고 탱크로서 탑재될 필요는 없고, 연료 탱크로서 탑재되어도 좋다. 또한, 선박(1)에 탑재되는 액화 수소 탱크(3)의 수는 특정되지 않는다.
예를 들어, 상기 실시예에 따른 액화 수소 탱크(3)에서는, 제2 영역(32)은 제1 영역(31)과 동압 또는 고압이지만, 제2 영역(32)은 제1 영역(31)보다 저압이고, 제1 영역(31)은 내조(4) 내보다 저압인, 소위, 축압 탱크에 본 개시가 적용되어도 좋다.

Claims (7)

  1. 액화 수소가 수용되는 내조와,
    상기 내조를 포위하는 외조와,
    상기 외조를 포위하는 외각과,
    상기 내조와 상기 외조 사이의 제1 영역에 배치된 제1 단열층과,
    상기 외조와 상기 외각 사이의 제2 영역에 배치된 제2 단열층을 구비하고,
    상기 제1 영역은 수소 가스 또는 헬륨 가스인 제1 가스가 충전된 실질적으로 대기압 또는 저진공이고,
    상기 제2 영역은 불활성 가스 및 건조 공기 중 적어도 일방을 포함하는 제2 가스가 충전되어 있으며,
    상기 내조에 액화 수소가 수용된 상태에서, 상기 외조의 온도가 산소의 응축점보다 높고 또한 대기 온도 이하의 소정의 외조 관리 온도인 것을 특징으로 하는 액화 수소 탱크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외조 관리 온도는, 산소의 응축점보다 높고, 또한, 상기 내조의 온도와 상기 외각의 온도의 중간 온도 이하인 것을 특징으로 하는 액화 수소 탱크.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 외조 관리 온도는, 산소의 응축점보다 1 ℃ 내지 40 ℃ 높은 온도인 것을 특징으로 하는 액화 수소 탱크.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 단열층의 단열 성능은 상기 제1 단열층의 단열 성능의 1 배 이상 3 배 이하인 것을 특징으로 하는 액화 수소 탱크.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 단열층은 상기 외조와 대치하고 있는 내표면과, 상기 내표면으로부터 벽 두께 방향으로 떨어진 외표면을 구비하고, 상기 내조에 액화 수소가 수용된 상태로, 상기 제2 단열층의 상기 외표면의 온도가 상기 제2 영역에 존재하는 수분의 이슬점 온도보다 높고 대기 온도 이하인 것을 특징으로 하는 액화 수소 탱크.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외조의 온도를 검출하는 온도 센서와,
    상기 온도 센서의 검출값을 취득하고, 당해 검출값이 산소의 응축점 이하 또는 상기 외조 관리 온도 이하이면 경고를 출력하는 검사 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 액화 수소 탱크.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 액화 수소 탱크를 구비하는 것을 특징으로 하는 선박.
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