• 한국정밀공학회지
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• 제29권12호
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• pp.1331-1339
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• 2012

Safety valve used in LNG/LNG-FPSO ships is a high value valve, and it plays an important role in maintaining a fixed level of pressure by emitting LNG gas out of pipes in LNG piping system under the cryogenic and high-pressure condition when the pressure of the system connected with the LNG storage tank and pipes reaches over the set pressure. The structural stability is required for the inner pressure and thermal load because of the cryogenic and high-pressure condition, and a reliability of the safety valve is necessary for impact and deformation by opening the valve. But, the safety valve, which plays a key role for a safety of the transport and storage system, is depended on imports for over 90%, and in domestic production, the design of the valve is performed on the basis of experiences of the works without quantitative analysis for the inner operation characteristics and structural stability of the valve. In this study, impact velocity is calculated by theoretical analysis for obtaining the structural stability of the guide according to the impact load by opening the valve. The shape of the guide and the diaphragm for satisfying the structural stability are suggested and verified by using a thermal-structural analysis.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제26권3호
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• pp.234-240
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• 2015

In the face of the world's growing energy storage needs, liquid hydrogen offers a high energy density solution for the storage and transport of energy throughout society. A 5 L liquid hydrogen storage tank has been designed, fabricated and tested to investigate boil-off rate of liquid hydrogen. As the insulation plays a key role on the cryogenic vessels, various insulation methods have been employed. To reduce heat conduction loss, the epoxy resin-based insulation supports G-10 were used. To minimize radiation heat loss, vapor cooled radiation shield, multi-layer insulation, and high vacuum were adopted. Mass flow meter was used to measure boil-off rate of the 5 L cryogenic vessel. A series of performance tests were done for liquid nitrogen and liquid hydrogen to compare with design parameters, resulting in the boil-off rate of 1.7%/day for liquid nitrogen and 16.8%/day for liquid hydrogen at maximum.

• 해양환경안전학회지
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• 제24권3호
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• pp.352-359
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• 2018

As a fuel for ship propulsion, liquefied natural gas (LNG) is currently considered a proven and reasonable solution for meeting the IMO emission regulations, with gas engines for the LNG-fueled ship covering a broad range of power outputs. For an LNG-fueled ship, the LNG bunkering process is different from the HFO bunkering process, in the sense that the cryogenic liquid transfer generates a considerable amount of boil-off gas (BOG). This study investigated the effect of the temperature difference on boil-off gas (BOG) production during ship-to-ship (STS) LNG bunkering to the receiving tank of the LNG-fueled ship. A concept design was resumed for the cargo/fuel tanks in the LNG bunkering vessel and the receiving vessel, as well as for LNG handling systems. Subsequently, the storage tank capacities of the LNG were $4,500m^3$ for the bunkering vessel and $700m^3$ for the receiving vessel. Process dynamic simulations by Aspen HYSYS were performed under several bunkering scenarios, which demonstrated that the boil-off gas and resulting pressure buildup in the receiving vessel were mainly determined by the temperature difference between bunkering and the receiving tank, pressure of the receiving tank, and amount of remaining LNG.

• 대한조선학회논문집
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• 제30권2호
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• pp.132-140
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• 1993

LNG선은 극저온의 위험한 화물을 안전하게 격납, 운송해야 하기 때문에 일반 선박에 비해서 고도의 구조설계/해석 기술이 요구된다. 따라서 본고에서는 독립형 LNG탱크의 총체적인 구조안전성 평가과정을 다루었으며 구체적으로 다음과 같은 연구내용들을 포함한다. 1) 파랑하중의 직접계산, 선체 및 탱크의 응력해석 그리고 통계해석과정을 포함하는 파랑 응력의 장기분포해석. 2) S-N approach에 의한 피로강도 평가. 3) 피로균열 전파해석 및 LBF개념에 의한 구조안전성 평가. 본 제1보에서는 (1)(2)항에 중점을 두어 시설계 LNG선에 대한 예제계산을 수행하였으며 나머지 부분은 이어지는 제2보에서 상세히 다루어질 예정이다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제18권4호
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• pp.109-116
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• 2024

본 연구에서는 단열 시험 결과를 기반으로 해석 결과의 유효성 검증을 수행하였으며, 공통격벽에서 발생하는 기화 질량을 산출하여 공통격벽 추진제 탱크의 단열 성능을 평가하였다. 과도 열전달 해석 결과와 단열 시험 결과를 비교하여 해석 결과의 유효성을 검증하였다. 이후 추진제 탱크에서 발생하는 내부 열전도와 외기로 인한 자연 대류 열전달을 고려하여, 공통격벽 추진제 탱크에 대한 과도 열전달 해석을 수행하였다. 이를 통해, 공통격벽에서 발생하는 열 유속을 추출하고, 단열 성능의 정량적 지표인 기화 질량을 산출하였다. 그 결과 공통격벽 추진제 탱크의 단열 설계 기준인 0.12 kg 보다 낮은 0.09 kg의 기화질량이 산출되어 단열 성능 기준에 부합함을 확인하였다.

• Composites Research
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• 제36권2호
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• pp.132-139
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• 2023

추진제 탱크의 경량화를 위해 비강도가 우수한 탄소섬유 강화 복합재를 이용하여 라이너 없이 복합재 추진제 탱크를 제작하기 위한 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 MEOP 1.7 MPa의 내압을 지탱할 수 있는 직경 800 mm의 복합재 추진제 탱크 축소형 시제를 설계하였고, 보스 또한 동일한 복합소재로 제작하여 무게를 줄였다. 라이너 없이 탱크를 제작하기 위해 분리형 맨드릴을 이용하였고, 맨드릴의 무게도 줄이고 경화 과정에서 맨드릴의 팽창을 줄여 치수안정성을 도모하기 위해 복합재로 맨드릴을 제작하였다. 맨드릴 상에 탄소섬유 직물 소재를 핸드레이업 공정으로 적층한 후 오토클레이브 경화 과정을 거쳐 시제품을 제작하였다. 시제품 제작 후, 상온 보증압 시험과 헬륨 기밀 시험, 그리고 상온 반복 내압 시험과 파열 시험을 수행하여 내압 강도 및 기밀 성능 요건을 충분히 만족함을 확인하였고 파열압에 대한 안전여유가 충분함을 확인하였다. 본 연구 결과를 발사체 연료탱크 개발에 적용함으로써 발사체 전체 경량화에 기여할 수 있고, 향후 극저온 성능까지 검증한다면 극저온 산화제탱크 제작에도 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2010년도 제35회 추계학술대회논문집
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• pp.741-747
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• 2010

발사체의 추진공급시스템에 사용되는 벤트/릴리프밸브는 안전밸브의 조합체로 극저온의 산화제를 주입할 때와 비행 중에 기화된 산소기체를 배출시킨다. 벤트/릴리프밸브의 설계검증을 위해 AMESim과 FLUENT 상용코드를 이용하여 밸브모델을 구성하였다. AMESim 밸브모델을 검증하기 위해 밸브의 개폐압력, 개폐작동시간을 수학적 계산결과와 비교하였고 내부유동해석 결과를 반영하여 모델의 정확도를 높였다. 본 연구에서는 설계인자를 검증 및 작동성능을 분석하였다. 이 결과는 한국형 발사체에 사용되는 다양한 규격의 벤트/릴리프밸브 개발과정의 효율성을 높일 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국가스학회지
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• 제18권1호
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• pp.17-24
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• 2014

LNG 저장탱크는 초저온($-162^{\circ}C$)의 액화천연가스(LNG)를 저장하는 시설로서 안전성이 크게 요구되는 시설물이다. LNG를 저장하는 내조에 문제가 일어나 LNG 누출이 발생했을 경우를 대비하여 종래에는 LNG 저장탱크 외부에 방류둑을 설치하게 되어 있었다. 하지만 이는 부지 활용도를 떨어뜨리고 저장탱크 건설비를 증가시키는 등의 문제점이 있어 근래 들어 저장탱크 벽체를 초저온에 견딜 수 있는 구조로 바꾸는 완전방호식 저장탱크를 제작함으로서 방류둑 설치를 하지 않고 있다. 탱크 벽체를 초저온에 견딜 수 있는 구조로 만드는 방법은 크게 두 가지가 있다. 하나는 초저온에 견딜 수 있는 철근을사용하여 LNG 탱크 벽체 콘크리트를 제작하는 방법이며 다른 하나는 LNG 탱크 벽체 콘크리트 내부 표면에 초저온에 견딜 수 있는 스프레이 폴리우레탄 폼 등의 제품을 적용하여 내조로부터 LNG의 누출이 발생하여도 콘크리트 표면온도가 정해진 기간 동안 일정 온도 이하로 낮아지지 않도록 하는 방법이다. 최근 국내에 서 건설하는 모든 LNG 저장탱크는 경제적이고 적용방법이 간단한 스프레이 폼을 사용하여 LNG 저장탱크 벽체의 저온 안전성을 강화하고 있다.

• 에너지공학
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• 제21권4호
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• pp.339-345
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• 2012

최근 안정성 및 경제성 측면에서 완전방호식 LNG 저장탱크(full-containment LNG storage tank)의 대안으로 검토되고 있는 멤브레인 LNG 저장탱크(membrane LNG storage tank)에 대해서 정량적 위험성 평가 방법(QRA; Quantitative Risk Analysis)과 유한요소해석법(FEM; Finite Element Method)을 통하여 안전성 평가를 수행하였다. 본 논문에서는 유한요소해석법(FEM)을 통한 구조안전성 평가에서 140,000 $m^3$ 저장용량을 갖는 LNG 저장탱크의 두 가지 모델은 저장탱크 시스템에 대한 강도 안전성과 누출 안전성 측면에서 해석한 결과에 의하면 모두 안전한 것으로 평가되었다. 또한, 고장수목분석(FTA; Fault Tree Analysis)을 통하여 멤브레인 LNG 저장탱크에 안전성을 강화하기 위해 설계 초기모델에 안전장치로서 멤브레인 바닥부의 충격흡수장치(impact absorber structure), 1차 멤브레인 저장 파손 시 콘크리트 외부탱크(outer tank) 코너부(corner part)의 열충격(thermal stress)을 감소시킬 수 있는 열보호장지(secondary barrier) 및 펌프 낙하 시 안전장치로서 펌프캐쳐(pump catcher)를 보완하고 평가하였다. 결론적으로 개선된 멤브레인 LNG 저장탱크는 안전성 측면에서 완전방호식 LNG 저장탱크와 대등하다는 결론을 도출할 수 있었다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제39권9호
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• pp.876-880
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• 2015

IMO의 규제인 신조 선박에 대한 NOx 80% 감축의 2016년 발효를 앞두고, 청정에너지인 LNG연료 선박 및 벙커링 선박의 보급이 유럽 선진국들을 중심으로 추진되고 있다. LNG 저장탱크는 LNG 벙커링의 필수 설비로 현재의 액체질소 등을 저장하는 극저온 액체 저장탱크와 동일한 구조이며, IMO의 "C"형 가압탱크인 내외 용기로 구성된 2중 탱크에 진공펄라이트 단열재가 충전되는 형식이다. 그러나 이 단열방식은 진공작업이 어렵고 일 LNG 기화량이 2.0 % 내외가 되어 보다 고효율의 탱크가 요구되어 진다. 본 연구에서는 진공과 단열재를 분리하여 내외탱크에 고진공을 적용하고 외부 탱크에 우레탄폼을 가설시킨 탱크 단열 방식을 새로이 고안하여 열해석을 수행하였다. 해석결과 본 개발 탱크는 진공도가 $10^{-3}Torr$ 이하일 때 일 기화량이 0.03 % 이하로 매우 적게 유지될 수 있고, $10^{-4}Torr$ 이하가 되면 일 기화량이 0.11 %가 되었다. 진공이 파괴되는 경우에도 현재 진공펄라이트 단열은 일 4.9 %의 증발이 발생하나, 새 고안 탱크는 일 증발율이 4.12 %가 되는 매우 효율이 높고 안전한 LNG 탱크 단열방식이 되었다.