KR101078652B1 - 액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조에 관한 것으로서, 화물창의 외부 표면에 부착 설치되는 단열재를 진공 상태가 유지되도록 내부 공간이 밀폐되고 구조적 강성을 가지는 단열박스로 구성하는 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명에 의하면 내부가 진공이거나 이산화탄소가 충진되어 밀폐된 단열박스를 화물창의 외부면에 부착하여 구성함으로써, 종래의 폴리우레탄 폼에 비해 뛰어난 단열 효과를 가질 수 있으며, 단열층의 두께가 줄어들어 화물창의 저장 공간이 증가하고, 화물창의 무게 감소를 가져와 운송비용을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

화물창, 독립형, 단열구조, 단열재, 진공

Description

액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조{A STRUCTURE OF INSULATION FOR LNG CARRIER CARGO}

본 발명은 액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 극저온 액체의 저장을 위한 화물창에 이용되는 단열재의 보냉 효과가 상승되면서도 전체적인 단열층의 두께를 줄일 수 있으며 중량을 가볍게 형성시킨 액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조에 관한 것이다.

일반적으로, 액화천연가스(LNG)는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 영하 163℃로 냉각해 그 부피를 6백분의 1로 줄인 무색 투명한 초저온 액체를 말한다.

이러한 액화천연가스가 에너지자원으로 등장함에 따라 이 가스를 에너지로 이용하기 위해서 생산기지로부터 수요지의 인수지까지 대량으로 수송할 수 있는 효율적인 운송방안이 검토되어 왔으며, 이러한 노력의 일환으로 대량의 액화천연가스를 해상으로 수송할 수 있는 액화천연가스 운반선이 나타나게 되었다.

그런데 이러한 액화천연가스 운반선에는 초저온상태로 액화시킨 액화천연가 스를 보관 및 저장할 수 있는 화물창(Cargo)이 구비되어 있어야 하는데, 이러한 화물창에 요구되는 조건이 매우 까다로워 많은 어려움이 있었다. 즉, 액화천연가스는 대기압 보다 높은 증기압을 가지며, 대략 영하 163℃ 정도의 비등온도를 갖기 때문에, 이러한 액화천연가스를 안전하게 보관하고 저장하기 위해서는 이를 저장하는 화물창은 초저온에 견딜 수 있는 재료, 예를 들면 알루미늄강, 스테인리스강, 36% 니켈강 등으로 제작되어야 하며, 기타 열응력 및 열수축에 강하고, 열침입을 막을 수 있는 독특한 인슐레이션 구조로 설계되어야 했다.

여기서, 액화천연가스 운반선에서 적용되는 화물창은 대표적으로 멤브레인(membrane)형과 독립형이 있으며, 독립형에는 다시 SPB(Self Supporting Prismatic)형 및 모스형이 있다.

도 1에서는 이러한 화물창 형식의 하나로서 종래의 독립형 액화천연가스 운반선의 단열탱크 구조를 도시하고 있다. 이 단열탱크의 구조는 도시된 바와 같이, 선체 아우터 헐(10)과 선체 인너헐(20)의 이중으로 구성되고, 인너헐(20)의 내부에 공간 이격되어 액화천연가스를 저장하기 위한 독립적인 화물창몸체(30)가 위치되며, 알루미늄 합금으로 제조된 화물창몸체(30)의 외부 표면으로 단열부재(32)가 부착되어 진다. 그리고 화물창몸체(30)는 인너헐(20)상에 위치하는 지지부재(34)에 위해 지지되는 구조를 가진다.

단열부재(32)는 예컨대 폴리우레탄 폼(R-PUF)으로 제조된 다수의 절연 판넬을 포함한다. 각 판넬은 각 화물창몸체(30)의 외부표면으로부터 돌출된 스터드볼트에 의해 4부분의 코너에서 지지되고 와셔와 같은 고정부재를 통하여 각 스터드볼트 의 나사상 팁 단부상에 너트와 같은 조임부재를 조임으로써 화물창몸체(30)에 고정된다.

그러나, 위와 같이 폴리우레탄 폼으로 구성되는 단열구조는, 극저온용 액화천연가스를 효과적으로 단열시키기엔 많이 부족하다. 이러한 이유로 종래에는 단열구조의 두께를 과도하게 두껍게 설치함으로써 화물창의 부피를 감소시키는 악영향이 있었다.

더욱이 단열구조의 두께가 두꺼우므로 제조 비용이 증대되고, 단열층의 무게에 의해 운송비용이 증가하는 문제점이 있었다.

또한, 폴리우레탄 폼 단열재는 제조과정에서 프레온가스를 발포재로 사용하기 때문에 오존층파괴의 주범인 염소가스의 유해성이 문제가 되고 있으며, 폴리우레탄 폼을 장기간 사용하면 프레온이 희석되고 대신 공기가 내부로 침투하여 단열성능이30%정도 저하되는 것으로 알려져 있다. 따라서 앞으로는 지구환경보전을 위해 단계적으로 프레온가스 사용을 줄여야 하기 때문에 선진 각국에서는 프레온을 사용하는 폴리우레탄 폼을 대체할 수 있는 고성능 단열재 개발을 적극 추진하고 있다.

그러나 적재하중을 견뎌야 하는 문제점과, 극저온 하에서 소재의 단열 특성을 유지해야 하는 문제점 등에 의해 많은 어려움이 있는 실정이다.

따라서 본 발명에서는, 화물창을 구성하는 단열구조에 있어서 종래의 단열재인 폴리우레탄 폼 대신에 내부가 진공이거나 이산화탄소가 충진되어 밀폐된 단열박스를 화물창의 외부면에 부착하여 구성함으로써, 우수한 단열 성능을 가질 수 있음 은 물론, 전체적인 단열층의 두께를 줄일 수 있고 화물창의 무게를 감소시킬 수 있는 액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조에 있어서, 화물창의 외부 표면에 부착 설치되는 단열재를 진공 상태가 유지되도록 내부 공간이 밀폐되고 구조적 강성을 가지는 단열박스로 구성하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조를 제공한다.

그리고 바람직하게 단열박스는, 화물창의 구조에 따라 다각면체 또는 곡면체의 구조를 갖는다.

더욱 바람직하게 단열박스는, 내부 공기를 제거하여 진공 상태로 만들거나, 내부에 이산화탄소를 충진하고 충진된 이산화탄소는 화물창의 내부로 액화천연가스가 채워지면 낮아진 온도에 의해 드라이 아이스로 변화하면서 부피가 줄어들어 내부를 진공 상태로 만드는 것을 특징으로 한다.

또한, 단열박스의 내부에는 하중을 지지하도록 수직한 지지대가 복수개 설치된다.

또, 단열박스에는 최초 내부에 진공을 만들거나 이산화탄소를 충진하기 위하여 외측으로 돌출 설치되는 플러그와, 플러그로부터 분기되어 내부 진공도 검사나 이산화탄소 양을 검사하기 위한 검사구를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조에 따르면, 내부가 진공이거나 이산화탄소가 충진되어 밀폐된 단열박스를 화물창의 외부면에 부착하여 구성함으로써, 종래의 폴리우레탄 폼에 비해 뛰어난 단열 효과를 가질 수 있으며, 단열층의 두께가 줄어들어 화물창의 저장 공간이 증가하고, 화물창의 무게 감소를 가져와 운송비용을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조에서 단열박스의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조의 결합 단면도이다.

도 2에 도시된 액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조는, 화물창의 외부 표면에 부착 설치되는 단열재를 진공 상태가 유지되도록 내부 공간이 밀폐되고 구조적 강성을 가지는 단열박스(100)로 구성된다.

여기서 단열박스(100)는, 바람직하게 복합재 또는 금속재로 하여 구조적 강성을 가지며, 더욱 바람직하게 단열박스(100)에서 내부 공기가 제거된 진공 상태일 경우에는 열전도율이 낮은 복합재가 사용되며, 단열박스(100)의 내부에 이산화탄소가 충진되는 경우는 화물창과 접촉되는 부분은 열전도율이 높은 금속재(알루미늄 등)를 사용하고 나머지 면은 열전도율이 낮은 재질을 사용하게 된다.

이러한 단열박스(100)는 화물창의 구조에 따라 사각면체 또는 삼각면체의 다각면체와 화물창의 굴곡진 코너부에 설치되는 곡면체의 구조를 가지게 된다.

그리고 단열박스(100)의 내부로는 하중을 지지하도록 수직한 지지대(102)가 복수개 설치될 수 있다. 또, 각 단열박스(100)의 외측으로는 최초 내부에 진공을 만들거나 이산화탄소를 충진하기 위하여 외측으로 플러그(104)가 일정 길이로 돌출 설치되며, 이 플러그(104)로부터 분기되어 내부 진공도 검사나 이산화탄소 양을 검사하기 위한 검사구(105)를 더 포함하게 된다.

또한, 단열박스(100)를 구성하는 바닥 하면의 테두리변에는 일정 길이로 고정부(106)가 일체로 돌출 형성되고, 고정부(106)에는 나사 삽입을 위한 체결공(107)이 형성된다.

한편, 단열박스(100)의 밀폐된 내부 공간을 진공 상태로 만들기 위하여 두 가지의 방식이 적용될 수 있다.

첫째로, 단열박스(100)의 내부 공기를 모두 제거하여 진공 상태로 만드는 방식과 둘째로, 단열박스(100)의 내부에 이산화탄소를 충진하고 이 충진된 이산화탄소는 화물창의 내부로 액화천연가스가 채워지면 낮아진 온도에 의해 드라이 아이스(dry-ice)로 변화하면서 부피가 1/800 정도로 줄어들기 때문에 내부를 진공 상태로 만드는 방식이 적용될 수 있다.

더 나아가 단열박스(100)의 내부에는 진공 상태를 감지할 수 있는 센서(미도시)가 내장 설치될 수 있으며, 이에 진공 상태를 모니터링 할 수 있다.

이와 같은 구조로 이루어진 액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조의 작용은 다음과 같이 이루어진다.

도 3에 도시된 독립형 화물창에 단열박스(100)의 설치를 보면, 먼저, 화물창몸체(30)에 단열박스(100)를 부착 설치하기 이전에 생산 공장 등에서 플러그(104)를 통하여 단열박스(100)의 내부 공기를 모두 제거하여 진공 상태로 만들거나, 이산화탄소를 충진하게 된다. 이후 플러그(104)의 입구는 미도시된 마개 등으로 하여 밀폐된다.

그리고 인너헐(20: 도 1에 도시)의 내부에 공간 이격되어 액화천연가스를 저장하기 위한 독립적인 화물창몸체(30)가 위치 설치되며, 이 화물창몸체(30)의 외부 표면으로 매스틱(Mastic) 또는 벌크로(Velcro)의 재질로 이루어진 스페이서(32)를 매개로 단열박스(100)가 설치된다.

이 때, 화물창몸체(30)에 돌출 설치된 스터드 볼트(34)에 고정부(106)의 체결공(107)을 관통시키고 와셔와 너트(미도시) 등으로 고정시키는 방법으로 화물창몸체(30)의 외부면을 따라 단열박스(100)가 위치 설치된다.

그리고 인접하는 단열박스(100)간의 사이 공간부에는 글라스 울 재질로 이루어진 막음부재(110)가 설치되며, 막음부재(110)와 단열박스(100)간의 상면에 걸쳐 방수용 테이프(112)가 부착되어 화물창몸체(30)에 단열 구조를 완성하게 된다.

한편, 화물창몸체(30)에 단열박스(100)가 설치된 이후에 일정 주기별로 플러 그(104)로부터 분기된 검사구(105)를 통하여 진공도 검사 또는 이산화탄소 양을 검사하고, 이 때 진공 상태가 나빠졌으면 진공을 다시 만들게 된다.

따라서 종래에 폴리우레탄 폼으로 이루어지는 인슐레이션 패널은 부족한 단열 효과를 보완하기 위하여 단열층의 두께가 두꺼워지고, 이로 인하여 무게도 증가하는 문제가 있기 때문에 본 발명에서는 밀폐된 내부를 진공 상태로 만든 단열박스(100)로 하여 단열 성능이 향상됨은 물론, 단열층의 두께를 줄일 수 있고 화물창의 무게를 감소시킬 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따라 내부가 진공이거나 이산화탄소가 충진되어 밀폐된 단열박스를 이용한 액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조에 대하여 하나의 바람직한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

도 1에서는 이러한 화물창 형식의 하나로서 종래의 독립형 액화천연가스 운반선의 단열탱크 구조를 도시하고 것이고,

도 2는 본 발명에 따른 액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조에서 단열박스의 단면도이고,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조의 결합 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 단열박스 102 : 지지대

104 : 플러그 105 : 검사구

106 : 고정부 107 : 체결공

110 : 막음부재 112 : 방수용테이프

Claims (5)

1. 액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조에 있어서,

   상기 화물창의 외부 표면에 부착 설치되는 단열재를 진공 상태가 유지되도록 하고, 내부 공간이 밀폐되도록 구조적 강성을 갖고 내부 공간에 이산화탄소를 충진하고, 상기 화물창의 구조에 따라 다각면체 또는 곡면체의 구조를 갖되, 상기 화물창의 내부로 액화천연가스가 채워지면, 충진된 상기 이산화탄소가 낮아진 온도에 의해 드라이 아이스로 변화하면서 부피가 줄어들어 내부를 진공 상태로 만드는 단열박스로 구성하는 것을 특징으로 하는

   액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 단열박스의 내부에는 하중을 지지하도록 수직한 지지대가 복수개 설치되는

   액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 단열박스에는,

   상기 이산화탄소를 충진하기 위하여 외측으로 돌출 설치되는 플러그와,

   상기 플러그로부터 분기되어 상기 이산화탄소 양을 검사하기 위한 검사구를 더 포함하는

   액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조.

Images