The global demand for Liquefied Natural Gas(LNG) continues to increase and is facing a big cycle. To keep pace with the increase in international demand for LNG, the demand for LNG fueled ships is also increasing. Since LNG fuel tanks are operated in a cryogenic environment, insulation technology is very important, and although there are various types of insulation applied to Type C tanks, multi-layer insulation and vacuum insulation are typically applied. Powder insulation materials are widely used for storage and transportation of cryogenic liquids in tanks with such a complex insulation structure. In this study, compression tests at room and cryogenic temperature were performed on closed perlite, glass bubble, and fumed silica, which are representative powder insulation material candidates. Finally, the applicability to the Type C fuel tank was reviewed by analyzing the experimental results of this study.
The diminishing of heat leak into cryogenic vessels can prolong the storage time of cryogenic liquid. With the storage of cryogenic liquid reducing, the heat leak decreases, while the actual storage time increases. Regarding to the theoretical analysis, the obtained results seems to be constructive for the cryogenic insulation system applications. This study presents a predictive assessment of heat leak occurring in non-vacuum tanks with a single layer of insulation. A Radial steady-state heat transfer, based on heat conduction equation, is taken into consideration. Graphical results show the thermal performance of the insulation used, they also allow us to choose the appropriate insulation thickness according to the shape and diameter of the storage tank.
Insulating a heat from the environment is the most important in cryogenic applications like HTS cable system. Vacuum and MLI(Multi-Layer Insulation) have been widely used to get highly efficient cryogenic insulation. In this study, experiment on annular cylinder regarded as basic model of HTS cable cryostat has been performed to measure the heat loads. To investigate the effectiveness of radiation shields in cryogenic insulation system, the experiments are carried out to various number of the shields. The measured values are compared with the results estimated theoretically. The heat loads invaded from the environment was determined by liquid nitrogen boil-off calorimetry.
액체로켓엔진 개발에서 엔진 짐벌링 시 산화제라인의 벨로우즈 극저온 단열 방법을 연구하였다. 극저온 산화제의 열단열과 엔진구성품의 고온으로부터의 열차폐는 엔진 추진성능과 효율에 중요하다. 엔진 짐벌링중 고압배관과 재순환라인(예냉라인)이 단열부위로 기존의 극저온 단열과는 차별화된 디자인과 소재가 필요하다. 엔진 짐벌링중에 벨로우즈의 극저온 단열재가 열단열과 열복사를 고려하여 새로운 디자인으로 마찰력과 작동반경을 고려하여 PTFE소재의 단열재가 적용된다. 향후 엔진 시험을 통하여(짐벌링과 TVC) 새로운 벨로우즈 단열재가 향상되고 디자인 변경이 요구된다.
In power cables as one of the important power applications adopting HTS tapes, a good insulation should be kept at its optimum performance. As an insulation material for superconducting device applications, polypropylene laminated paper (PPLP) is now widely used instead of the conventional Kraft paper. In addition to its dielectric property, the insulation material should also possess superior mechanical property at cryogenic temperatures and operability that is necessary for the insulation winding process. This study aims to evaluate the mechanical property of the PPLP material at ambient and cryogenic temperatures. At cryogenic temperature, the failure stress of PPLP increased significantly as compared with that at ambient temperature. The failure stress at both temperatures depended upon the sample orientation to the load application.
In superconducting power devices including power cables in which high temperature superconducting (HTS) tapes are utilized, a reliable electrical insulation should be achieved for its maximum performance. For an efficient design of HTS superconducting devices, a comparative evaluation of the mechanical and thermal propperties for various insulation materials at cryogenic temperatures is required. Especially, in the process of the property evaluation of the sheet-shaped insulation materials, anisotropy according to the machining direction should be considered because the mechanical and thermal properties are significantly influenced by the sample orientation. In this study, the cryogenic thermal and mechanical properties of various insulation material sheets such as PPLP, Cryoflex, Teflon, and Kapton were determined considering sample orientation. All samples tested at cryogenic temperature showed significantly higher tensile strength as compared with that of room temperature. The ultimate tensile strength at both temperature conditions significantly depended upon the sample orientation. The thermal properties of the insulation materials exhibited a slight difference among samples depending on the orientation: for the PPLP and Cryoflex, the CD orientation showed larger thermal contraction up to 77 K as compared to the MD one. MD samples in PPLP and Cryoflex showed a lower CTE and thermal contraction which made it more promising as an insulation material due to its comparable CTE with HTS CC tapes.
The cargo containment system (CCS) for ships carrying cryogenic fluid consists of at least two levels of barriers and insulation layers. It is because, even though there is a small amount of leak through the primary barrier, the liquid tight secondary barrier blocks further leakage of the cryogenic fluid. However, once the secondary barrier is damaged, it is highly possible that the leaked cryogenic fluid flows through the flat joint made of glass wool and reaches the inner hull of the ship. The primary objective of the present study is to investigate the influence of the damage extent in the secondary barrier on the amount of leaked cryogenic fluid reaching the inner hull and the temperature distribution there. Simulation results using a computational fluid dynamics tool were compared with the experimental data for the leaked cryogenic fluid flow and evaporation in the secondary insulation layer. The experimental and computational results suggest that, unless there is a massive leak, the cryogenic fluid mostly evaporates in the insulation layer and does not reach the inner hull in the state of liquid.
Cryogenic insulation systems, with proper materials selection and execution, can offer the highest levels of thermal performance. Insulations are listed in order of increasing performance and, generally, in order of increasing cost. The specific insulation to be used for a particular application is determined through a compromise between cost, ease of application and the effectiveness of the insulation. Consequently, materials, representative test conditions, and engineering approach for the particular application are crucial to achieve the optimum result. The present work is based on energy cost balance for optimizing the thickness of insulated chambers, using foamed or multi layered cryogenic shell. The considered insulation is a uniformly applied outer layer whose thickness varies with the initial and boundary conditions of the studied vessel under steady-state radial heat transfer. An expression of the optimal insulation thickness derived from the total cost function and depending on the geometrical parameters of the container is presented.
The conduction-cooled HTS SMES is operated in cryogenic and high vacuum condition. Thus, Insulation design at cryogenic temperature and high vacuum is a key and an important element that should be established to accomplish miniaturization that is a big advantage of HTS SMES. However, the behaviors of insulators for cryogenic conditions in vacuum are virtually unknown. Therefore, we need active research and development of insulation concerning application of the conduction-cooled HTS SMES. Therefore, in this study, we experimented about insulation characteristic high vacuum and cryogenic similar to driving condition of SMES system. Also, investigated about insulation characteristic of suitable some materials to insulator for conduction-cooled HTS SMES. As this results, we possessed basis data for insulation materials selection and insulation design for development of 600 kJ class conduction-cooled HTS SMES.
The conduction-cooled HTS SMES is operated in cryogenic and high vacuum condition. Thus. Insulation design at cryogenic temperature and high vacuum is a key and an important element that should be established to accomplish compact design is a big advantage of HTS SMES. However, the behaviors of insulators for cryogenic conditions in vacuum are virtually unknown. Therefore, active research and development of insulation concerning application of the conduction cooled HTS SMES was needed. In this study, the insulation characteristics at experimented high vacuum and cryogenic similar to running condition of SMES system. Also, investigated about insulation characteristics of suitable some materials to insulator for conduction-cooled HTS SMES. As these results. the basis data was obtained for insulation materials selection and insulation design for development of 600kJ class conduction-cooled HTS SMES.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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