KR100897661B1 - 액화가스 저장 및 수송용 탱크의 단열구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 진공 단열판 또는 상기 진공 단열판을 이용하여 제작된 단열모듈을 극저온의 액화 가스를 저장 및 수송하는 탱크 외부면에 직, 간접적으로 적층함으로써 단열층의 두께를 최소화하고 작업을 용이하게 할 수 있을 뿐만 아니라 작업환경을 개선할 수 있는 액화가스 저장 및 수송용 탱크의 단열구조에 관한 것이다.
상기 액화가스 저장 및 수송용 탱크의 단열구조는, 극저온의 액화 가스를 저장 및 수송하는 탱크의 단열구조에 있어서, 상기 탱크의 단열구조는, 제 1 고정판의 타측면에 접착제에 의해 다수개의 진공 단열판의 일측면을 부착하고, 상기 진공 단열판의 타측면에 접착제에 의해 제 2 고정판을 부착한 다음 상기 제 1 고정판과 제 2 고정판을 가압하여 형성된 단열모듈을 상기 탱크의 외부면과 제 1 고정판이 맞닿도록 상기 탱크의 외부면에 접착제에 의해 부착한 것을 특징으로 한다.
저온액화가스, 저장 및 수송용 탱크, 진공 단열판, 단열모듈, 단열구조

Description

액화가스 저장 및 수송용 탱크의 단열구조{Insulation system for liquefied gas storage and/or carriage tank}
본 발명은 액화가스 저장 및 수송용 탱크의 단열구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 진공 단열판 또는 상기 진공 단열판을 이용하여 제작된 단열모듈을 탱크 외부면에 직, 간접적으로 적층함으로써 단열층의 두께를 최소화하고 작업을 용이하게 할 수 있을 뿐만 아니라 작업환경을 개선할 수 있는 액화가스 저장 및 수송용 탱크의 단열구조에 관한 것이다.
일반적으로 수소, 산소, 석유가스 및 천연가스 등과 같은 물질을 대량으로 저장 및 수송하기 위해서는 주로 저온 액화방법을 이용하고 있으며, 이를 위해서는 저온의 액화가스를 저장 및 수송하는 탱크의 설계는 안전성 측면에서 매우 중요하다.
상기와 같은 저온 탱크의 설계에 있어 가장 중요한 것은 탱크의 재질 선택과 단열층의 설계이며, 특히 단열층 설계는 외부로부터의 열전달에 의한 액화가스 비등을 방지하여야 하며, 저장된 액체의 열전달에 의한 선체의 취화도 방지하여야 하 므로 매우 중요하다.
이하, 도면을 참조하여 배경기술 및 문제점을 기술한다.
도 1a는 종래의 액화가스 저장 및 수송용 탱크의 단열층 구조를 도시한 예시도이고, 도 1b는 종래의 액화가스 저장 및 수송용 탱크의 단열층 시공방법을 도시한 예시도로서, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 종래에는 액화가스 저장 및 수송용 탱크(10)를 먼저 제작한 후 상기 탱크(10)의 외부면에 폴리우레탄 프라이머(14 :Polyurethane Primer)를 도포하고, 상기 탱크(10) 위에 작업자가 올라가 상기 폴리우레탄 프라이머(14) 위에 수동으로 폴리우레탄(Polyurethane)을 분무 살포하여 최소 두께 120mm의 단열층(15)을 형성한다.
그리고 마지막으로 단열층(15)의 수밀성을 향상시키기 위하여 폴리멀릭(Polymeric) 코팅층(16)을 시공함으로써 단열층 시공을 완료하게 된다.
그러나 상기와 같은 종래의 액화가스 저장 및 수송용 탱크(10)의 단열층 시공은 수작업으로 인하여 많은 작업시간이 요구되며, 작업성이 열등하고 작업장 주위에 폴리우레탄 분진이 비산되어 작업환경도 매우 열등할 뿐만 아니라, 액화가스 저장 및 수송용 탱크(10)의 크기로 인하여 단열층 시공은 탱크의 2분의1씩 작업을 한 후 선박에 각기 설치된 후 용접에 의하여 하나의 탱크(10)로 조립됨으로써, 이 경우 용접에 의한 발화의 가능성이 있어 상당한 시공상의 주의를 필요로 하는 등 많은 문제점이 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 진공 단열판 또는 상기 진공 단열판을 이용하여 제작된 단열모듈을 탱크 외부면에 직, 간접적으로 적층함으로써 단열층의 두께를 최소화하고 작업을 용이하게 할 수 있을 뿐만 아니라 작업환경을 개선할 수 있는 액화가스 저장 및 수송용 탱크의 단열구조를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 극저온의 액화 가스를 저장 및 수송하는 탱크의 단열구조에 있어서, 상기 탱크의 단열구조는, 제 1 고정판의 하부면에 접착제에 의해 다수개의 진공 단열판을 부착하고, 상기 진공 단열판의 하부면에 접착제에 의해 제 2 고정판을 부착한 다음, 상기 제 1 고정판과 제 2 고정판을 가압하여 형성된 단열모듈을 상기 탱크의 외부면과 제 1 고정판이 맞닿도록 상기 탱크의 외부면에 접착제에 의해 부착한 것을 특징으로 하는 액화가스 저장 및 수송용 탱크의 단열구조를 제공한다.
또한, 극저온의 액화 가스를 저장 및 수송하는 탱크의 단열구조에 있어서, 상기 탱크의 단열구조는, 상기 탱크(10)의 외부면에 도포된 폴리우레탄 프라이머 층; 상기 폴리우레탄 프라이머 층 상부에 분무 살포되는 폴리우레탄 층; 상기 폴리우레탄 층의 상부에 적층되는 다수개의 진공 단열판; 상기 진공 단열판의 상부면에 분무 살포되는 폴리우레탄 층; 및 상기 폴리우레탄 층의 상부에 형성되는 내습성 코팅층;으로 구성된 것을 특징으로 하는 액화가스 저장 및 수송용 탱크의 단열구조를 제공한다.
이상, 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 액화가스 저장 및 수송용 탱크의 단열구조는, 진공 단열판을 이용하여 단열층을 시공할 수 있도록 함으로써 단열층의 단열성능을 획기적으로 개선시킬 뿐만 아니라 이로 인하여 단열층의 두께를 대폭 감소시킬 수 있으며, 탱크 외부면에 간단히 접착시공 할 수 있도록 하여 작업성이 용이함으로써 작업 공수 및 공기를 대폭 단축시킬 수 있으며, 종래의 단열 재료의 분무에 따른 비산을 방지할 수 있어 작업장 환경을 크게 개선시킬 수 있도록 하는 등의 효과가 있어 매우 유용한 발명인 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다. 설명의 편의를 위하여 종래의 액화가스 저장 및 수송용 탱크의 단열구조와 동일 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였다.
도 2는 본 발명에 따른 일실시예에 의한 액화가스 저장 및 수송용 탱크의 단열구조의 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 일실시예에 의한 단열모듈의 제작방법을 나타낸 단면도로서, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 일실시예에 의한 액화가스 저장 및 수송용 탱크의 단열구조(1)는, 제 1 고정판(120)의 하 부면에 접착제(121)에 의해 다수개의 진공 단열판(122)의 상부면을 부착하고, 상기 진공 단열판(122)의 하부면에 접착제(123)에 의해 제 2 고정판(124)을 부착한 다음, 상기 제 1 고정판(120)과 제 2 고정판(124)을 가압하여 형성된 단열모듈(12)을 상기 탱크(10)의 외부면과 제 1 고정판(120)이 맞닿도록 상기 탱크(10)의 외부면에 접착제(11)에 의해 부착하여 구성된다.
여기서, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 진공 단열판(122)의 상, 하부면에 제 1, 2 고정판(120)(124)을 부착시키는 접착제(121)(123)는, 에폭시 접착제와 폴리우레탄 접착제 중 선택된 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 탱크(10)의 외부면에 제 1 고정판(120)을 접착시키는 접착제(11)는, 에폭시 접착제, 폴리우레탄 접착제, 마스틱(Mastic) 중 선택된 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다. 여기서 접착제(11)로서 에폭시 접착제, 폴리우레탄 접착제, 마스틱 중 선택된 어느 하나를 사용하는 이유는 상기 에폭시 접착제, 폴리우레탄 접착제, 마스틱은 저온 접착강도가 우수함으로써 상기 에폭시 접착제, 폴리우레탄 접착제, 마스틱 중 선택된 어느 하나를 접착제(11)로서 사용한다.
또한, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 상기 제 1 고정판(120)과 제 2 고정판(124)은, 합판과 금속재 박판 중 선택된 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다. 상기와 같이 제 1 고정판(120)과 제 2 고정판(124) 사이에 진공 단열판을 개재시키는 이유는 상기 단열모듈(12)을 대형 액화가스 저장 및 수송용 탱크(10)에 사용하기 위해서는 대형 진공 단열판(122)이 필요하므로 진공 단열판(122)의 크기 제한을 극복하고, 진공 단열판(122)의 강성과 강도를 향상시키기 위한 것이다.
또한, 상기 진공 단열판(122)은, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 서로 이웃하는 다른 진공 단열판(122)과 상부판재(122a)와 하부 용기(122b)가 서로 교번되도록 제 1 고정판(120)과 제 2 고정판(124) 사이에 개재된다.
도 4는 진공도에 따른 단열소재별 단열성능을 도시한 그래프이고, 도 5는 본 발명에 사용된 진공 단열판의 단면을 도시한 예시도로서, 도 4에 도시된 바와 같이 단열소재의 종류에 관계없이 열전달계수는 압력이 저하함에 따라 감소하며, 여러 단열소재 중 압력저하에 가장 효과적인 것은 실리카임을 알 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 일실시예에 의한 진공 단열판(122)은 도 5에 도시된 바와 같이 상부 판재(122a)와 하부 용기(122b) 사이에 단열소재(122c)를 내장시킨 후 상기 상부 판재(122a)의 테두리와 하부 용기(122b)의 테두리를 용접하여 밀봉시킨 다음, 감압시켜 형성되는 것이 바람직하며, 상기 단열소재(122c)로는 실리카나 이와 유사한 단열 성능을 지닌 재료 중 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
여기서, 상기 상부 판재(122a)와 하부 용기(122b)는 금속재로 제작되는 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명에 따른 액화가스 저장 및 수송용 탱크의 단열구조의 응용예시도로서, 도 6에 도시된 바와 같이 액화가스 저장 및 수송용 탱크(10) 내에 저장 수송될 매체의 온도가 매우 낮아 보다 큰 단열 성능이 요구될 경우에는 상기 탱크(10) 외부면에 부착된 단열모듈(12)의 제 2 고정판(124)의 하부면에는 적어도 한층 이상의 다른 단열모듈(12')이 더 적층되어 접착제(13)에 의해 부착시킬 수 있으며, 이때 상기 단열모듈(12)(12')은, 각각의 단열모듈(12)(12') 사이의 단열성능을 향상시키기 위하여 각각의 단열모듈(12)(12')의 진공 단열판(122)(122')이 서로 엇갈리도록 적층되어 부착되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 단열모듈(12')은 진공 단열판(122')의 양측 끝단부가 탱크(10) 외부면에 부착된 단열모듈(12)의 진공 단열판(122)의 중앙부에 위치하도록 탱크(10) 외부면에 부착된 단열모듈(12)에 적층되어 접착제(13)에 의해 부착되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 서로 다른 단열모듈(12)(12')을 접착시키는 접착제(13) 또한 저온 특성이 우수한 에폭시 접착제와 폴리우레탄 접착제 중 선택된 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.
도 7은 본 발명에 따른 다른 실시예에 의한 액화가스 저장 및 수송용 탱크의 단열구조의 단면도로서, 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 다른 실시예에 의한 액화가스 저장 및 수송용 탱크의 단열구조(1)는, 상기 탱크(10)의 외부면에 도포된 폴리우레탄 프라이머 층(14)과, 상기 폴리우레탄 프라이머 층(14) 상부에 분무 살포되는 폴리우레탄 층(15)과, 상기 폴리우레탄 층(15)의 상부에 적층되는 다수개의 진공 단열판(122)과, 상기 진공 단열판(122)의 상부면에 분무 살포되는 폴리우레탄 층(15')과, 상기 폴리우레탄 층(15')의 상부에 형성되는 내습성 코팅층(16)으로 구성된다.
여기서, 상기 진공 단열판(122)은, 도 5에 도시된 바와 같이 상부판재(122a)와 하부 용기(122b) 사이에 단열소재(122c)를 내장시킨 후 상기 상부판재(122a)의 테두리와 하부 용기(122b)의 테두리를 용접 또는 브레이징하여 밀봉시킨 다음, 감압시켜 형성되며, 상기 단열소재(122c)로는 실리카나 이와 유사한 단열성능을 지닌 재료 중 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 다른 실시예에 의한 액화가스 저장 및 수송용 탱크의 단열구조(1)는, 단열모듈을 제작하지 않고 진공 단열판(122)을 종래의 발포 폴리우레탄 공법과 혼용한 것으로서, 에폭시계 접착제나 폴리우레탄 접착제 또는 마스틱의 적용 없이 단열층을 시공할 수 있도록 한다. 즉, 종래의 공법과 유사하게 먼저, 탱크(10)의 외부면에 폴리우레탄 프라이머를 도포하여 폴리우레탄 프라이머 층(14)을 형성하고, 그 위에 폴리우레탄을 얇게 분무 살포하여 폴리우레탄 층(15)을 형성한 다음 상기 폴리우레탄 층(15)이 경화되기 전에 다수개의 진공 단열판(122)을 상기 폴리우레탄 층(15)의 상부에 적층하고, 재차 상기 진공 단열판(122)의 상부면에 폴리우레탄을 얇게 분무 살포하여 폴리우레탄 층(15')을 형성한 다음, 상기 폴리우레탄 층(15')의 상부에 내습성 코팅 층(16)을 형성함으로써 시공을 완료한다.
도 8은 도 7에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 다른 실시예에 의한 액화가스 저장 및 수송용 탱크의 단열구조의 단열 성능을 실험하기 위하여 제작된 혼합 단열판의 예시도로서, 도 8에 도시된 바와 같이 상기 혼합 단열판(125)은 진공 단열판(122)의 외부면에 폴리우레탄을 더 살포하여 상기 진공 단열판(122)의 외부면에 폴리우레탄 층(15)을 더 형성되도록 제작된다.
도 9는 본 발명에 따른 혼합 단열판의 단열성능을 다른 재료와 비교 도시한 그래프로서, 도 9에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 진공 단열판과 폴리우레탄 층으로 구성된 혼합 단열판1, 2의 열전달계수는 각각 0.0055W/mK와 0.0048W/mK로, 트리플렉스의 열전달 계수 0.112W/mK에 비해 대략 25분의 1수준이고, 상기 탱크 외부면에 폴리우레탄을 살포한 종래의 단열구조의 열전달계수 0.02W/mK에 비해 대략 4분의1 수준으로써, 그 단열성능이 탱크 외부면에 단순히 폴리우레탄을 살포한 종 래의 단열구조 보다 월등히 우수함을 보여주는 것으로서, 본 발명에 따른 일실시예에 의한 액화가스 저장 및 수송용 탱크의 단열구조(1)는 종래의 단열구조 보다 그 단열층의 두께를 절반이하로 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 액화가스 저장 및 수송용 탱크의 단열구조(1)는 탱크(10) 외부면에 저온특성이 우수한 에폭시계 접착제나 폴리우레탄 접착제 또는 마스틱 중 선택된 어느 하나를 직접 접착한 후 단열모듈(12)을 간단하게 액화가스 저장 및 수송용 탱크(10) 외부면에 간단하게 접착시공하면 되므로 작업성이 매우 우수하며, 폴리우레탄과 같은 분진 등이 비산되지 않음으로써 작업환경을 대폭 개선시킬 수 있도록 한다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
도 1a는 종래의 액화가스 저장 및 수송용 탱크의 단열층 구조를 도시한 예시도
도 1b는 종래의 액화가스 저장 및 수송용 탱크의 단열층 시공방법을 도시한 예시도
도 2는 본 발명에 따른 일실시예에 의한 액화가스 저장 및 수송용 탱크의 단열구조의 단면도
도 3은 본 발명에 따른 일실시예에 의한 단열모듈의 제작방법을 나타낸 단면도
도 4는 진공도에 따른 단열소재별의 단열성능을 도시한 그래프
도 5는 본 발명에 사용된 진공 단열판의 단면을 도시한 예시도
도 6은 본 발명에 따른 액화가스 저장 및 수송용 탱크의 단열구조의 응용예시도
도 7은 본 발명에 따른 다른 실시예에 의한 액화가스 저장 및 수송용 탱크의 단열구조의 단면도
도 8은 도 7에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 다른 실시예에 의한 액화가스 저장 및 수송용 탱크의 단열구조의 단열 성능을 실험하기 위하여 제작된 혼합 단열판의 예시도
도 9는 본 발명에 따른 혼합 단열판의 단열성능을 다른 재료와 비교 도시한 그래프
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
(1) : 액화가스 저장 및 수송용 탱크의 단열구조
(10) : 탱크 (11)(13)(121)(123) : 접착제
(12)(12') : 단열모듈 (14) : 폴리우레탄 프라이머
(15)(15') : 발포 폴리우레탄 (16) : 내습성 코팅층
(120) : 제 1 고정판 (122)(122') : 진공 단열판
(122a) : 상부 판재 (122b) : 하부 용기
(122c) : 단열소재 (124) : 제 2 고정판
(125) : 혼합 단열판

Claims (10)

  1. 극저온의 액화 가스를 저장 및 수송하는 탱크의 단열구조에 있어서,
    상기 탱크의 단열구조는, 제 1 고정판(120)의 하부면에 접착제(121)에 의해 다수개의 진공 단열판(122)을 부착하고, 상기 진공 단열판(122)의 하부면에 접착제(123)에 의해 제 2 고정판(124)을 부착한 다음 상기 제 1 고정판(120)과 제 2 고정판(124)을 가압하여 형성된 단열모듈(12)을 상기 탱크(10)의 외부면과 제 1 고정판(120)의 상부면이 맞닿도록 상기 탱크(10)의 외부면에 접착제(11)에 의해 부착한 것을 특징으로 하는 액화가스 저장 및 수송용 탱크의 단열구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 탱크(10) 외부면에 부착된 단열모듈(12)의 제 2 고정판(124)의 하부면에는 적어도 한층 이상의 다른 단열모듈(12')이 더 적층되어 접착제(13)에 의해 부착되되, 상기 단열모듈(12')은 진공 단열판(122')의 양측 끝단부가 탱크(10) 외부면에 부착된 단열모듈(12)의 진공 단열판(122)의 중앙부에 위치하도록 탱크(10) 외부면에 부착된 단열모듈(12)에 적층되어 접착제(13)에 의해 부착되는 것을 특징으로 하는 액화가스 저장 및 수송용 탱크의 단열구조.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 단열모듈(12)의 진공 단열판(122)은, 상부판재(122a)와 하부 용기(122b) 사이에 단열소재(122c)를 내장시킨 후 상기 상부판재(122a)의 테두리와 하부 용기(122b)의 테두리를 용접 또는 브레이징하여 밀봉시킨 다음, 감압시켜 형성된 것을 특징으로 하는 액화가스 저장 및 수송용 탱크의 단열구조.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 진공 단열판(122)은, 서로 이웃하는 다른 진공 단열판(122)과 상부판재(122a)와 하부 용기(122b)가 서로 교번되도록 제 1 고정판(120)과 제 2 고정판 (124)사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 액화가스 저장 및 수송용 탱크의 단열구조.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 고정판(120)과 제 2 고정판(124)은, 합판과 금속재 박판 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액화가스 저장 및 수송용 탱크의 단열구조.
  6. 제 2 항에 있어서,
    서로 다른 단열모듈(12)(12')을 접착시키는 접착제(13)는 에폭시 접착제와 폴리우레탄 접착제 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액화가스 저장 및 수송용 탱크의 단열구조.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 탱크(10)의 외부면에 제 1 고정판(120)을 접착시키는 접착제(11)는, 에폭시 접착제, 폴리우레탄 접착제, 마스틱 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액화가스 저장 및 수송용 탱크의 단열구조.
  8. 극저온의 액화 가스를 저장 및 수송하는 탱크의 단열구조에 있어서,
    상기 탱크의 단열구조는, 상기 탱크(10)의 외부면에 도포된 폴리우레탄 프라이머 층(14);
    상기 폴리우레탄 프라이머 층(14) 상부에 분무 살포되는 폴리우레탄 층(15);
    상기 폴리우레탄 (15)층의 상부에 적층되는 다수개의 진공 단열판(122);
    상기 진공 단열판(122)의 상부면에 분무 살포되는 폴리우레탄 층(15'); 및
    상기 폴리우레탄 층(15')의 상부에 형성되는 내습성 코팅층(16);으로 구성된 것을 특징으로 하는 액화가스 저장 및 수송용 탱크의 단열구조.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 진공 단열판(122)은, 상부판재(122a)와 하부 용기(122b) 사이에 단열소재(122c)를 내장시킨 후 상기 상부판재(122a)의 테두리와 하부 용기(122b)의 테두리를 용접 또는 브레이징하여 밀봉시킨 다음, 감압시켜 형성된 것을 특징으로 하는 액화가스 저장 및 수송용 탱크의 단열구조.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 진공 단열판(122)의 상, 하부면에 제 1, 2 고정판(120)(124)을 부착시키는 접착제(121)(123)는, 에폭시 접착제와 폴리우레탄 접착제 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액화가스 저장 및 수송용 탱크의 단열구조.
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