As shale gas extraction increases, demand for LNG (liquefied natural gas) tanks for vehicles is increasing. However, commercial vehicle LNG tanks have low insulation performance due to its structure. As the consequence, about 3 percent of the LNG evaporates and disappears every day. To solve this problem, a pillar-supported LNG tank with high insulation performance is designed and fabricated. The heat transfer path of the LNG tank is categorized into three: heat transfer through the support, the filler materials, and the pipings. To minimize heat transfer through the existing stainless steel support, we replace the material of the support with nylon and vespel. In addition, discrete-contact support (DCS), a new feature is introduced. The thermal conductivity of filler materials in vacuum/cryogenic environment is first measured to predict the insulation performance of the pillar-supported LNG tank. After measuring it according to the layer density and temperature variation, the results are employed to make a model of the effective thermal conductivity. Finally, the piping materials are in part substituted by vespel to reduce the heat conduction.The insulation performance of the tank is predicted through numerical analysis based on the effective thermal conductivity of filler materials and supports. The boil-off rate (BOR) is decreased by more than 50 % compared to the existing commercial tank. Based on this thermal analysis and design, a new type LNG tank with pillar-supported vacuum insulation layer is fabricated.
셰일가스 추출이 본격화되면서 차량용 LNG 연료탱크의 수요도 증가하고 있다. 하지만 상용되는 차량용 LNG 탱크는 단열적으로 취약한 구조를 가지고 있어서 하루에 3 % 가량의 LNG가 증발하여 사라지는 문제점을 갖고 있다. 이를 해결하기 위하여 본 연구에서는 기둥지지형 진공단열층을 갖는 LNG 탱크 형상을 제안하고 설계 및 제작한다.탱크의 열전달 경로는 심재와 지지기둥 그리고 배관으로 구분할 수 있다. 기둥지지형 LNG 탱크는 기존의 스테인리스 스틸 지지기둥을 통한 열전달을 최소로 하기 위해 지지기둥의 재질을 나일론과 폴리이미드로 교체하였다. 또한 분할 접촉 지지체(Discrete Contact Support: DCS)를 적용하였다. 한편, 탱크의 단열성능을 정확히 예측하기 위해 진공/극저온 환경에서 단열재의 열전도계수를 알아야 하므로, 심재의 온도와 층 밀도에 따른 열전도계수를 각각 측정하여 실제 탱크 환경에서의 유효 열전도계수를 예측하는 모델을 만들었다. 마지막으로 배관도 부분적으로 스테인리스 스틸에서 베스펠로 교체되었다.이렇게 구한 심재와 지지기둥의 유효열전도계수를 바탕으로 수치해석을 통해 기둥지지형 LNG 탱크의 단열성능을 예측하였다. 탱크 내부로의 열 유입량을 확인한 결과 기존 LNG 탱크 대비 50 % 이상 감소하였음을 확인하였고 이러한 열 설계를 바탕으로 기둥지지형 진공단열층을 갖는 LNG 탱크를 제작하였다.
