CN110785346B - 极低温液化气体运输船的货舱及液化气体燃料容器的膜状物型隔热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及极低温液化气体运输船的货舱及液化气体燃料容器的膜状物型隔热系统，设置有多阶段地层叠有二次隔热层的多个板，其中，通过使上板和下板交替地布置，从而最大限度地减少板之间的间隔中可能产生的热损失并且最大限度地减少因温度差而导致的变形。

Description

极低温液化气体运输船的货舱及液化气体燃料容器的膜状物 型隔热系统
技术领域
本发明涉及极低温液化气体运输船的货舱和液化气体燃料容器的膜状物型隔热系统，更具体地，涉及设置有多阶段地层叠有二次隔热层以提高隔热性能的多个板(panel)，并且通过使上板和下板彼此交替地布置，从而能够最大限度地减少板之间的间隔中可能产生的热损失并且最大限度地减少因温度差而导致的变形的极低温液化气体运输船的货舱和液化气体燃料容器的膜状物型隔热系统。
背景技术
通常，天然气通过陆地上或者海上的气体管道以气体状态进行运输，或者在以液化的液化天然气(Liquefied Natural Gas；下文中简称为LNG)的状态存储在LNG运输船中的情况下运输到远距离的消费地点。
LNG是将天然气冷却到极低温(大致-163℃左右)而获得的，与气体状态的天然气时相比，其体积缩小为大约1/600而非常适合于通过海上远距离运输。
用于装载LNG并在大海上运行并在陆地上所需地点处对LNG卸货的LNG运输船、或者用于在装载LNG并在大海上运行且在到达陆地上所需地点后使存储的LNG再次汽化并以天然气状态卸货的再汽化船(LNG RV，regasification vessel)设置有可耐液化天然气的极低温的存储槽，即，货舱。
最近，对于诸如LNG FPSO(floating,production,storage and offloading)或LNG FSRU(floating storage and regasification unit)的浮动海上结构物的需求逐渐增加，并且这种浮动海上结构物中具有设置在LNG运输船或LNG RV上的货舱。
LNG FPSO为在海上直接对所产生的天然气进行液化而存储在货舱内，并且需要时为了将存储在货舱内的LNG移到LNG运输船而使用的浮动海上结构物。
LNG FSRU为在远离陆地的海上将从LNG运输船卸货的LNG存储到货舱中后，根据需要来汽化LNG来供给到陆地上所需地点的浮动海上结构物。
如上所述地在海上运输或保管如LNG的液体货物的LNG运输船、LNGRV、LNG FPSO、LNG FSRU等的海上结构物内设置有用于以极低温状态存储LNG的货舱。
货舱可根据隔热材料上是否直接施加由液体货物的负载而分类为独立槽型(independent tank)和膜状物型(membrane type)。
通常，膜状物型货舱划分为GTT NO96型和TGZ MarkⅢ型等，并且独立槽型货舱划分为MOSS型和IHI-SPB型等。
根据金属板的种类，膜状物型货舱的隔热材料和结构为不同的，而GTT NO96型使用殷钢(Invar-铁和镍为主成分的热膨胀率极低的合金)材质的薄板，并且MARKⅢ型可使用不锈钢材质的薄板。
GTT NO96型的货舱是在船体的内部使由0.5至1.5mm厚度的殷钢钢构成的一次膜状物和二次膜状物以及由胶合板箱(plywood box)和珠岩(perlite)等构成的一次隔热壁和二次隔热壁交替地层叠而设置的。
GTT NO96型货舱的隔热系统由殷钢钢(36％镍钢)和珠岩以及由胶合板制成的隔热箱层叠为两层来构成，并且胶合板用作隔热箱的材料。
在传统的液化气货舱的隔热系统中，为了维持一次隔热层的隔热性能而减小一次隔热层的厚度时存在着技术限制。即，在一次隔热层的厚度过薄的情况下，会发生隔热性能上的问题，并且在一次隔热层的固定上产生技术问题。
发明内容
技术问题
液化气货舱包括由聚氨酯泡沫(PUF)制成的多个隔热板，而由聚氨酯泡沫构成的隔热结构可能不足以有效地对极低温液化天然气等进行隔热，并且由于这种原因，为了提高隔热性能，在传统上将隔热板的厚度设置为过厚的，而这导致了货舱的装载体积减小的问题，而随着隔热板的厚度变厚，不仅会使制造费用增加，而且因变厚的隔热板的重量而导致运输费用上升的问题。
此外，在使用其它隔热板来替代诸如当前使用的聚氨酯泡沫或泡沫塑料等的传统的隔热板的情况下，可能会导致隔热性能下降，或者即使隔热性能优秀也可能会发生对自身强度或外部冲击脆弱的问题。
图1是示出一般的二次隔热层和厚度被扩大的单一结构的二次隔热层的剖面图。此外，图2是说明厚度被扩大的单一结构的二次隔热层之间的间隔中产生的热损失的剖面图，并且图3是说明厚度被扩大的单一结构的二次隔热层的热收缩的剖面图。
首先如图1中所示，传统地，为了提高二次隔热层10的隔热性能，使用了采用单纯地扩大二次隔热层10的厚度而制造的单一结构的二次隔热层20的方式。
在由作为构成二次隔热层的材料的聚氨酯泡沫和胶合板构成的隔热系统中，为了提高隔热性能，需要增加聚氨酯泡沫的厚度，而在以适当的厚度增加聚氨酯泡沫时存在着限制。
如图2中所示，厚度增加的板在实际温度条件下其热路径(thermal path)变短，因此存在着发生对流等的热损失的问题。此外，如图3中所示，存在着在热收缩时发生单一结构的二次隔热层20的严重变形的问题。
为了解决这种问题，在本发明中提供了如下技术，即，在该技术中，将在极低温中可使用的金属素材的膜状物用作一次膜状物和二次膜状物，并且一次隔热层用由胶合板(plywood)、隔热材料、复合材料等组合的复合体构成，因此具有相比于二次隔热层的厚度的20至30％以内的厚度，并且二次隔热层包括玻璃纤维增强的聚氨酯泡沫和胶合板的夹层形态配置，而在为了提高隔热系统的隔热性能而增加(扩大)二次隔热层的厚度的方式和结构中，避免了单纯地增加构成二次隔热层的聚氨酯泡沫的厚度的传统的方式，从而使二次隔热层在厚度方向上由多个板层叠，并且上板和下板彼此交替地布置，因此能够最大限度地减少板之间的间隔中可能产生的热损失，并且与单一板相比，能够最大限度地减少因温度差而导致的变形。
解决问题的手段
为了实现上述目的，本发明涉及具有设置在船体内壁处的二次隔热层和设置在液化气处的一次隔热层的隔热系统，其中，所述二次隔热层中多个板沿着隔热层的厚度方向多阶段地划分并层叠，并且划分并层叠的上板和下板彼此交替地布置。
本发明还可包括固定所述多个板的板固定单元，并且所述板固定单元可包括下板固定部和上板固定部。
所述下板固定部可包括中心固定用下板固定部和角落固定用下板固定部，其中，中心固定用下板固定部设置在下板的中心处，并且、角落固定用下板固定部设置在所述下板的四个角落附近。
所述中心固定用下板固定部可包括固定用杆和固定用基座，其中，固定用杆焊接到所述船体内壁上并且贯穿并设置在形成在下板的中心处的固定用孔(贯通部)中，并且固定用基座在下部处形成有螺纹部以与所述固定用杆的上端结合并且在上部处形成有上板固定用双头螺栓以与所述上板的四个角落部分结合。
所述角落固定用下板固定部可包括下板固定用双头螺栓、螺帽、弹性体、压缩固定用模具和基准板，其中，下板固定用双头螺栓固定在设置有所述下板的所述船体内壁上，螺帽与所述下板固定用双头螺栓紧固以固定所述下板，弹性体夹在所述下板固定用双头螺栓处并且根据所述船体内壁的变形程度来调节弹性度，压缩固定用模具夹在所述双头螺栓处以层叠在所述弹性体下方以防止所述下板的局部受损，并且基准板根据所述船体内壁的变形程度来调节高度。
所述上板固定部可包括螺帽、弹性体和压缩固定用模具，其中，螺帽与所述上板固定用双头螺栓紧固以固定所述上板，弹性体夹在所述上板固定用双头螺栓处并且调节弹性度，并且压缩固定用模具夹在所述上板固定用双头螺栓处并且层叠在所述弹性体下方以防止所述上板的局部受损。
所述一次隔热层可用由胶合板(plywood)、隔热材料、复合材料组合的复合体构成，并且可具有相比于所述二次隔热层的厚度的20至30％以内的厚度。
所述二次隔热层可由玻璃纤维增强聚氨酯泡沫与胶合板的夹层形态构成。
发明效果
如上所述，虽然传统地使用了为了提高隔热性而单纯地增加单一板的厚度的方式，然而在这种情况下，本厚度上存在有限制。即，因为在聚氨酯泡沫的发泡高度上存在有限制，因此在增加板厚度时存在着限制，而在本发明中，通过多阶段地层叠多个板，因此在增加板的隔热厚度时没有限制。
通常，在为了提高隔热性而增加单一板的厚度的情况下，随着二次隔热层的上部和下部中因液化气的温度差而发生热收缩。此时，定位成更靠近液化气的上板比下板发生更大的热收缩，而在增加隔热厚度的情况下，因其收缩量进一步增加而在板之间产生了间隔，因此发生了隔热性下降的问题。
为了解决这种问题，在本发明中，随着将交替地布置的多个板构成为夹层形态，板表面的胶合板或复合材料会比聚氨酯泡沫发生更少的热收缩，因此与单一板相比收缩量减小，此外，由于上板和下板间的交替布置，不仅板之间可能产生的间隔为小的，而且间隔中可能发生的热损失也不会连接到二次隔热层的下板之间的间隔，因此可大幅减少热损失。
此外，设置在下板上的上板向下按压下板，从而具有限制下板的变形的功能，因此能够最大限度地减少板中发生的变形，从而能够大幅减小因二次隔热层变形而导致的二次膜状物的强度负担。
附图说明
图1是示出传统的二次隔热层与厚度被扩大的单一结构的二次隔热层的剖面图。
图2是说明厚度被扩大的单一结构的二次隔热层之间的间隔中产生的热损失的剖面图。
图3是说明厚度被扩大的单一结构的二次隔热层的热收缩的剖面图。
图4是示出本发明的极低温液化气体运输船的货舱及液化气体燃料容器的膜状物型隔热系统中的二次隔热层的下板的立体图。
图5是示出本发明的极低温液化气体运输船的货舱及液化气体燃料容器的膜状物型隔热系统中的二次隔热层的下板和上板的立体图。
图6是示出本发明的极低温液化气体运输船的货舱及液化气体燃料容器的膜状物型隔热系统中的二次隔热层的下板和上板以及二次膜状物的立体图。
图7是示出本发明的极低温液化气体运输船的货舱及液化气体燃料容器的膜状物型隔热系统中的中心固定用下板固定部的剖面图。
图8是示出对于图6的A部分的本发明的角落固定用下板固定部的剖面图。
图9是示出对于图6的B部分的本发明的上板固定部的剖面图。
图10是说明本发明的板之间的间隔中的热损失防止的剖面图。
图11是示出本发明的板中的热收缩的剖面图。
图12是示出本发明的由胶合板构成的一次隔热层的立体图。
图13是示出本发明的由复合材料构成的一次隔热层的立体图。
具体实施方式
在下文中参照附图对本发明的极低温液化气体运输船的货舱及液化气体燃料容器的膜状物型隔热系统进行说明。
图4是示出本发明的极低温液化气体运输船的货舱及液化气体燃料容器的膜状物型隔热系统中的二次隔热层的下板的立体图。
图5是示出本发明的极低温液化气体运输船的货舱及液化气体燃料容器的膜状物型隔热系统中的二次隔热层的下板和上板的立体图。
图6是示出本发明的极低温液化气体运输船的货舱及液化气体燃料容器的膜状物型隔热系统中的二次隔热层的下板和上板以及二次膜状物的立体图。
与此同时，图7是示出本发明的极低温液化气体运输船的货舱及液化气体燃料容器的膜状物型隔热系统中的中心固定用下板固定部的剖面图，图8是示出对于图6的A部分的本发明的角落固定用下板固定部的剖面图，并且图9是示出对于图6的B部分的本发明的上板固定部的剖面图。
参照上述附图，本发明的本发明的极低温液化气体运输船的货舱及液化气体燃料容器的膜状物型隔热系统具有设置在船体内壁1处的二次隔热层200和设置在液化气处的一次隔热层100，二次隔热层200可使多个板在厚度方向上多阶段地层叠，并且上板和下板可彼此交替地布置。
即，本发明具有如下配置，即，在该配置中，二次隔热层200使多个板210、220在厚度方向上多阶段地划分并层叠，并且多阶段地层叠的上板和下板210、220彼此交替地布置，从而能够最大限度地减少在板210、220之间的间隔中可能发生的热损失并且能够减少因温度差而导致的变形。
为了说明的便利，以二次隔热层200由两阶段结构(即，下板210和上板220)构成的实例对本实施方式进行说明。
在本实施方式中，构成二次隔热层200的板120、220可由玻璃纤维增强的聚氨酯泡沫(R-PUF)与胶合板的夹层形态构成。
本实施方式还可包括固定下板210与上板220的板固定单元。
板固定单元包括将下板210固定到船体内壁1上的下板固定部和固定上板220的上板固定部400。
接着，下板固定部包括设置在下板210的中心处的中心固定用下板固定部310和设置在下板210的四个角落附近的角落固定用下板固定部320。
首先，如图7中所示，中心固定用下板固定部310包括固定用杆311和固定用基座312，其中，固定用杆311焊接到所述船体内壁1上并且贯穿并设置在形成在下板210的中心处的固定用孔(贯通部)H2中，并且固定用基座312在下部处形成有螺纹部312a以与固定用杆311的上端结合，并且在上部处形成有四个上板固定用双头螺栓312b以与上板220的四个角落部分结合。
此外，如图8中所示，角落固定用下板固定部320包括下板固定用双头螺栓321、螺帽322、弹性体323、压缩固定用模具324和基准板325，其中，下板固定用双头螺栓321固定在设置有下板210的船体内壁1上，螺帽322与下板固定用双头螺栓321紧固以固定下板210，弹性体323夹在下板固定用双头螺栓321处并且根据船体内壁1的变形程度来调节弹性度，压缩固定用模具324夹在下板固定用双头螺栓321处以层叠在弹性体323下方以防止下板210的局部受损，并且基准板325根据船体内壁1的变形程度来调节高度。
即，在本实施方式中，弹性度(spring constant)可根据货舱的船体内壁1的变形条件来进行不同的设置并固定，而作为其实例，可包括双头螺栓(stud bolt)321、螺帽(nut)322、弹性体(washer spring)323、压缩固定用模具(mold)324和基准板(referencewedge)325。
下板固定用双头螺栓321固定在设置有下板210的船体内壁1上。双头螺栓321的固定方式可通过通常的紧固装置，例如，焊接等来进行固定。
螺帽322紧固到下板固定用双头螺栓321以固定下板210。
弹性体323夹在下板固定用双头螺栓321处，并且配置成根据下板210的船体内壁1的变形程度来调节弹性度。弹性体323可替换为三阶段或五阶段等以调节弹性度。
压缩固定用模具324配置成夹在下板固定用双头螺栓321处以层叠在弹性体323下方以防止下板210的局部受损，其可使用高密度PUF、压缩木材等。
基准板325固定在船体内壁1上，并且基准板325上垂直地固定有双头螺栓321。基准板325配置成可根据下板210的船体内壁1的变形程度来调节高度。
形成在下板210的中心处的固定用孔(贯通部)H2的剩余空间中设置有填充插头326以起到防止下板210受损的作用。
参照图9，上板固定部400包括螺帽422、弹性体423和压缩固定用模具424，其中，螺帽422与上板固定用双头螺栓312b紧固以固定上板220，弹性体423夹在上板固定用双头螺栓312b处以调节弹性度，并且压缩固定用模具424夹在上板固定用双头螺栓312b处以层叠在弹性体423下方以防止上板220的局部受损。
形成在上板220的角落处的固定用孔(贯通部)H的剩余空间中设置有填充插头426以起到防止上板220受损的作用。
另外，参照附图观察二次隔热层200和一次隔热层100(参照图12)的设置顺序时，在使用角落固定用下板固定部320将下板210首先固定到船体内壁1上之后，使用中心固定用下板固定部310附加地固定下板210。
使用角落固定用下板固定部320将下板210首先固定到船体内壁1上是可通过在将焊接到船体内壁1上的下板固定用双头螺栓321插入到穿孔于下板210的四个角落附近的固定用孔(贯通部)H1中的状态下于螺帽322进行紧固来构成的。
此外，下板210的附加固定可使用中心固定用下板固定部310来构成，并且通过将固定用杆311紧固到固定用基座312的螺纹部312a上，能够更加牢固地将下板210固定到船体内壁1上。固定用基座312可用柳钉(rivet)等固定到下板210的上面。
接着，在厚度方向上将上板220划分并层叠到下板210上，并且将下板210于上板220交替地布置，从而能够最大限度地减少下板210与上板220之间的间隔中可能发生的热损失，并且可减少度差而导致的变形。
此时，将上板220固定到下板210上是可使用上板固定部400来构成的。因为上板固定部400与前述的角落固定用下板固定部320的配置相似，因此省略对其的具体说明。
当下板210与上板220的设置完成时，将二次膜状物201和一次隔热层100依次设置到上板220上。
在本实施方式中，一次隔热层100可如图12中所示由多个胶合板构成，或者也可如图13中所示用由胶合板(plywood)、隔热材料、复合材料组合的复合体构成并且具有相比于二次隔热层200的厚度的20至30％以内的厚度。此时，隔热材料可由玻璃棉(glass wool)、聚氨酯泡沫(PUF)或纤维增强聚氨酯泡沫(R-PUF)中的任一种来设置。
在如上所述配置的本发明的极低温液化气体运输船的货舱及液化气体燃料容器的膜状物型隔热系统中，如图10中所示，二次隔热层200以多个板，例如下板210和上板220的两阶段划分并层叠，并且下板210和上板220彼此交替地布置，从而最大限度地减少板之间的间隔中可能产生的热损失。即，热路径(thermal path)被拉长，因此不会发生对流等的热损失。
此外，如图11中所示，在厚度方向上将上板划分并层叠到下板210上，并且交替地布置，从而能够减少热收缩时因温度差而导致的变形，从而最大限度地减少二次隔热层的变形。
在传统地为了提高隔热性而增加单一板的厚度的情况下，因为存在板厚度的限制(发泡高度的限制)，因此板厚度增加上存在着限制，然而本发明中对多个板进行层叠情况下则在增加隔热厚度时不存在限制。
换言之，在为了提高隔热性而增加单一板的厚度的情况下，随着二次隔热层的上部和下部的温度差而发生热收缩，并且二次隔热层的上部比下部收缩得更大，并且在增加隔热厚度得情况下，其收缩量进一步增加，因此产生板之间的间隔，而在本发明中，随着将交替地布置的多个板构成为夹层形态，板表面的胶合板或复合材料会比聚氨酯泡沫收缩得少，因此与单一板相比收缩量减小，此外，由于上板和下板间的交替布置，不仅板之间可能产生的间隔为小的，而且间隔中可能发生的热损失也不会连接到二次隔热层的下板之间的间隔，因此可大幅减少热损失。
此外，设置在下板上的上板向下按压下板，从而具有限制下板的变形的功能，从而能够最大限度地减少板中发生的变形，因此能够减小二次膜状物因板的变形而导致的强度负担。
如上所述，本发明并不限定于所记载的实施方式，并且本发明所属技术领域的普通技术人员应明确，能够在不背离本发明的思想和范围的情况下进行多种修改和变形。
因此，这种修改例或变形例应属于本发明的权利要求的范围。
例如，在对本发明进行说明时，一次隔热层和二次隔热层分别划分为与液化气相邻的隔热板和与船体内壁相邻的隔热层，并且为了说明的便利，这仅为任意限定的，反之也可被变更。
此外，上部(上侧)和下部(下侧)的表述为了说明的便利而被任意设定的，并且不限定于此，并且可根据货舱特性上的位置和观察的方向而被相反地变更。

Claims (6)

1.一种极低温液化气体运输船的货舱及液化气体燃料容器的膜状物型隔热系统，包括：
二次隔热层，设置在船体内壁处；
一次隔热层，设置在液化气处，其中所述二次隔热层中多个板沿着所述二次隔热层的厚度方向多阶段地划分并层叠，并且划分并层叠的上板和下板彼此交替地布置；以及
板固定单元，所述板固定单元固定所述多个板，其中所述板固定单元包括下板固定部和上板固定部，
其中所述下板固定部包括中心固定用下板固定部，所述中心固定用下板固定部设置在下板的中心处，
其中所述中心固定用下板固定部包括：
固定用杆，所述固定用杆焊接到所述船体内壁上，并且贯穿并设置在形成在下板的中心处的贯通部中；以及
固定用基座，所述固定用基座在下部处形成有螺纹部以与所述固定用杆的上端结合，并且在上部处形成有上板固定用双头螺栓以与所述上板的四个角落部分结合。
2.根据权利要求1所述的极低温液化气体运输船的货舱及液化气体燃料容器的膜状物型隔热系统，其中，所述下板固定部还包括：
角落固定用下板固定部，所述角落固定用下板固定部设置在所述下板的四个角落附近。
3.根据权利要求2所述的极低温液化气体运输船的货舱及液化气体燃料容器的膜状物型隔热系统，其中，所述角落固定用下板固定部包括：
下板固定用双头螺栓，所述下板固定用双头螺栓固定在设置有所述下板的所述船体内壁上；
螺帽，所述螺帽与所述下板固定用双头螺栓紧固以固定所述下板；
弹性体，所述弹性体夹在所述下板固定用双头螺栓处，并且根据所述船体内壁的变形程度来调节弹性度；
压缩固定用模具，所述压缩固定用模具夹在所述双头螺栓处以层叠在所述弹性体下方以防止所述下板的局部受损；以及
基准板，所述基准板根据所述船体内壁的变形程度来调节高度。
4.根据权利要求1所述的极低温液化气体运输船的货舱及液化气体燃料容器的膜状物型隔热系统，其中，所述上板固定部包括：
螺帽，所述螺帽与所述上板固定用双头螺栓紧固以固定所述上板；
弹性体，所述弹性体夹在所述上板固定用双头螺栓处并且调节弹性度；以及
压缩固定用模具，所述压缩固定用模具夹在所述上板固定用双头螺栓处并且层叠在所述弹性体下方以防止所述上板的局部受损。
5.根据权利要求1所述的极低温液化气体运输船的货舱及液化气体燃料容器的膜状物型隔热系统，其中，所述一次隔热层用由胶合板、隔热材料、复合材料组合的复合体构成并且具有相比于所述二次隔热层的厚度的20%至30%的厚度，以及
所述二次隔热层由玻璃纤维增强聚氨酯泡沫与胶合板的夹层形态构成。
6.根据权利要求1所述的极低温液化气体运输船的货舱及液化气体燃料容器的膜状物型隔热系统，其中，所述二次隔热层中多个板沿着所述二次隔热层的厚度方向多阶段地划分并层叠，并且划分并层叠的上板和下板彼此交替地布置，从而具有最大限度地减少所述板之间的间隔中产生的热损失并且减少因温度差而导致的变形的结构。
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