2,000cbm 액화수소저장탱크 지지구물의 재료 및 형상에 따른 열 침입량 분석 연구

Abstract

기후변화의 가속화에 따라 1997년 교토의정서, 2015년 파리협약 및 제26차 유엔 기후변화협약 당사국 총회(COP26, 2021년 영국 글래스고)등 위하여 탄소 배출량 감축과 지구 온도 상승 제한에 대하여 전세계적인 관심이 증대되고 있으며 세계 주요국들은 대기오염, 탄소 배출량 감축할 수 있는 탄소중립연료 사회로의 전환을 위하여 다양한 노력을 기울이고 있다. 특히, 수소는 질량당 에너지 밀도는 142kJ/g으로 다른 화석연료인 천연가스의 3배,휘발유의 4배나 높아 차세대 에너지원으로 큰 주목을 받고 있다. 수소의 경우, 상온에서 기체로 존재하므로 압축이나 액화를 통하여 저장과 운송을 하여야 한다. 액화의 경우, 상온, 대기압 기준에서 기체보다 약 800배 정도 많은 저장할 수 있으므로 수소를 탄소중립연료로 활용하기 위해서는 액화수소탱크의 개발이 필수적이다. 액화수소 저장 기술의 경우 약 ？253℃이하의 온도를 유지하기 위하여 다양한 단열기술이 적용되며 일반적으로 글라스버블 또는 MLI의 단열층을 갖는 이중쉘 구조를 갖는다. 이중쉘 구조의 저장용기는 내부탱크와 외부탱크를 연결하는 지지구조물을 갖으며 다양한 열침입이 발생할 수 있어 열침입이 최소화되는 재료의 선정과 설계가 요구된다. 본 연구에서는 ASME BPVC Sec. VIII를 기반으로 개념설계가 수행된 2,000cbm 액화수소탱크에 대하여 지지구조물의 설계를 위하여 지지구조물의 설계를 위하여 G-10과 Wooden Block을 대상으로 재료 및 형상에 따른 열 침입량을 최적설계와 열전달 해석을 기반으로 열침입량을 분석하였다. 이때의 진공단열층은 (내부탱크와 외부탱크간의 거리)는 단열소재와 적용 두께에 따른 침입열량을 고려하여 BOG(Boil of Gas)가 최소화되도록 진공수준이 10 mmtorr인 Glassbubble을 1.5m두께로 적용하였다.