KR101145516B1 - 액화가스 저장 용기 제조 방법 - Google Patents

액화가스 저장 용기 제조 방법 Download PDF

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Abstract

액화가스 저장 용기 제조 방법이 개시된다. 액화가스 저장 용기 제조 방법은, 한 쌍의 금속층과, 금속층 사이에 배치되며 금속층과 동일한 열팽창계수를 갖는 허니콤 구조(honeycomb structure)의 코어층(core layer)과, 금속층과 코어층 사이에 개재되어 금속층과 코어층을 접착시키는 접착층을 포함하는 복수의 샌드위치 플레이트(sandwich plate)를 제공하는 단계, 샌드위치 플레이트 사이에 연결 부재를 배치하는 단계, 및 마찰 교반 용접에 의해 금속층과 연결 부재를 접합하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 용접 시 발생되는 열이 감소되어 접착층의 용융 및 용접 부위의 변형이 최소화될 수 있으며, 비드 여성고가 작아 피로 강도가 향상될 수 있다.
액화가스, 샌드위치(sandwich), 허니콤(honeycomb), 마찰 교반 용접

Description

액화가스 저장 용기 제조 방법{Method Of Manufacturing Cargo Tank For Liquefied Gas and Ship having the Same}
본 발명은 액화가스 저장 용기 제조 방법에 관한 것이다.
액화가스를 운반하는 LNG 선박의 내부에는, 액화가스를 저장하기 위한 용기인 화물창이 설치된다. 이러한 화물창은 그 구조에 따라 멤브레인(membrane) 방식과 독립형(self-supporting) 방식으로 나누어진다.
도 1은 종래 기술에 따른 독립형 액화가스 저장 용기를 나타낸 사시도이다. 도 2는 도 1의 A 부분을 나타낸 부분 확대도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 독립형 액화가스 저장 용기(10)는 선체(20) 내부에 설치되며, 선체(20) 내에 다면체 형상을 갖고 내부에 액화가스 저장을 위한 공간이 형성된 외벽부(1), 외벽부(1)의 내부면에 화물창의 길이 방향을 따라 일정 간격만큼 이격되도록 설치되는 복수의 트랜스 부재(2), 외벽부(1) 내부면의 상, 하부에 상, 하단부가 각각 부착되어 외벽부(1)의 내부 공간을 분할하는 수직 격벽(3), 외벽부(1)의 내부면과 수직 격벽(3)의 일측면에는 'ㄱ'자 또는 'T'자 형상을 갖는 보강재(4), 및 외벽부(1)의 외부면을 둘러싸는 단열재(5)로 구성된다.
이 경우, 액화가스 저장 용기(10)의 내부에는 섭씨 -45 내지 -196 도인 (극)저온 상태의 액화가스가 저장되므로, 외벽부(1), 트랜스 부재(2), 수직 격벽(3) 및 보강재(4)는 모두 (극)저온강으로 제작된다.
그리고 액화가스 저장 용기(10)의 손상에 의해 액화가스 저장 용기(10) 외부로 (극)저온의 액화가스가 유출될 경우를 대비하여, 액화가스 저장 용기(10)의 외측에 위치하여 이중 방벽으로서의 기능을 수행하는 선체(20)의 벽체(6) 또한 외벽부(1), 트랜스 부재(2), 수직 격벽(3) 및 보강재(4)와 마찬가지로 (극)저온강으로 제작된다.
그러나 이러한 종래 기술에 따르는 경우, 선체의 벽체가 이중 방벽으로 이용됨으로써, 액화가스 저장 용기의 외벽부뿐만 아니라 선체의 벽체 역시 (극)저온강으로 제작되어야 하고, 이에 따라 LNG 선박의 제조 비용이 전체적으로 증가하게 되는 문제가 있다.
또한 종래 기술에 따른 액화가스 저장 용기는, 외벽부가 단일층으로 이루어짐으로써, 외벽부의 내부면에 강성의 보강을 위한 많은 수의 보강재가 설치되어야 하고, 결과적으로 LNG 선박의 제조 비용 및 시간이 증가되는 문제점이 있다.
그리고 종래에는 액화가스 저장 용기의 제작을 위한 용접 시 많은 열이 발생되어 용접 부위에 변형이 발생되고 큰 여성고로 인해 피로 강도가 저감되는 문제가 있었다.
본 발명은 용접 시 발생되는 열이 감소되어 용접 부위의 변형이 최소화될 수 있고, 작은 여성고로 인해 피로 강도가 향상될 수 있는 액화가스 저장 용기 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 한 쌍의 금속층과, 금속층 사이에 배치되며 금속층과 동일한 열팽창계수를 갖는 허니콤 구조(honeycomb structure)의 코어층(core layer)과, 금속층과 코어층 사이에 개재되어 금속층과 코어층을 접착시키는 접착층을 포함하는 복수의 샌드위치 플레이트(sandwich plate)를 제공하는 단계, 샌드위치 플레이트 사이에 연결 부재를 배치하는 단계, 및 마찰 교반 용접에 의해 금속층과 연결 부재를 접합하는 단계를 포함하는 액화가스 저장 용기 제조 방법이 제공된다.
코어층은, 금속층의 두께 방향을 따라 연장된 칸막이 벽, 및 칸막이 벽에 의해 금속층 사이의 공간이 구획되어 형성된 복수의 셀(cell)을 포함할 수 있다.
연결 부재는 금속층 및 코어층과 동일한 열팽창계수를 가질 수 있다.
금속층, 코어층 및 연결 부재는 동일한 열전도도를 가질 수 있다.
금속층, 코어층 및 연결 부재는 동일한 재질로 이루어질 수 있다.
금속층, 코어층 및 연결 부재는 알루미늄(Al) 또는 스테인리스강(stainless steel)을 포함하는 재질로 이루어질 수 있다.
코어층의 두께는 금속층 각각의 두께보다 클 수 있다.
접착층 각각의 두께는 금속층 각각의 두께보다 작을 수 있다.
연결 부재에는 코어층 내부와의 가스 유동이 가능하도록 유로가 형성될 수 있다.
상술한 액화가스 저장 용기 제조 방법은, 금속층과 연결 부재를 접합하는 단계 이후에, 연결 부재의 표면에 보강재를 접합하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 용접 시 발생되는 열이 감소되어 접착층의 용융 및 용접 부위의 변형이 최소화될 수 있으며, 비드 여성고가 작아 피로 강도가 향상될 수 있다.
본 발명에 따른 액화가스 저장 용기 제조 방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 저장 용기(100)를 나타낸 사시도이다. 도 4는 도 3의 B 부분을 나타낸 부분 확대도이다.
본 실시예에 따르면, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 금속층(111, 112)과, 코어층(core layer, 113)과, 한 쌍의 접착층(116, 117)으로 이루 어지는 샌드위치 플레이트(sandwich plate, 110), 한 쌍의 플랜지(flange, 121, 122)와, 3개의 웨브(web, 123)와, 유로(124)와, 관통홀(125)로 이루어지는 연결 부재(120), 보강재(130) 및 단열재(160)를 포함하는 액화가스 저장 용기(100)가 제시된다.
이와 같은 본 실시예에 따르면, 샌드위치 플레이트(110)가 한 쌍의 금속층(111, 112)을 구비하고 있어 샌드위치 플레이트(110) 자체가 이중 방벽의 기능을 수행하게 되므로, 종래와 같이 선체(170)를 이중 방벽의 하나로서 이용하는 경우와는 달리, 선체(170)가 (극)저온강으로 제작되어야 할 필요가 없으므로 LNG 선박의 전체적인 제조 비용이 현저하게 절감될 수 있다.
또한, 한 쌍의 금속층(111, 112) 사이에 허니콤 구조의 코어층(113)이 삽입됨으로써, 샌드위치 플레이트(110)의 무게 대비 구조적 강성이 향상될 수 있으므로, 강성의 보강을 위해 설치되는 보강재(130)의 수량이 40% 이상 감소될 수 있다.
그리고, 이와 같이 보강재(130)의 수가 감소됨에 따라 액화가스 저장 용기(100)의 내부 구조가 단순화되어 피로 균열 발생 부위가 최소화될 수 있고, LNG 선박의 전체적인 제조 비용 및 시간 역시 현저히 절감될 수 있다.
이하, 도 3 내지 도 9를 참조하여 각 구성에 대하여 보다 상세히 설명하도록 한다.
샌드위치 플레이트(110)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 선체(170) 내부에 복수로 배치되며, 이러한 복수의 샌드위치 플레이트(110)는, 액화가스를 저장하기 위 한 공간을 구획하도록 이 공간을 둘러싸는 다면체 형상을 가지게 된다.
샌드위치 플레이트(110)는, 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 금속층(111, 112), 코어층(113), 한 쌍의 접착층(116, 117)으로 이루어진다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 샌드위치 플레이트(110)를 나타낸 사시도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 샌드위치 플레이트(110)를 나타낸 분해 사시도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 샌드위치 플레이트(110)의 코어층(113)을 나타낸 사시도이다.
한 쌍의 금속층(111, 112)은 도 5에 도시된 바와 같이, 서로 일정 거리 이격되도록 배치된다. 각 금속층(111, 112)의 두께는 예를 들어, 3 mm 일 수 있으며, 그 이상의 두께로 형성되는 것도 가능하다.
이와 같이, 샌드위치 플레이트(110)는 금속층(111, 112)이 한 쌍으로 배치된 이중 구조를 이룸으로써, LNG 선박의 액화가스 저장 용기(100)를 구성할 경우, 선체(170)를 제외하고도 샌드위치 플레이트(110) 자체가 이중 방벽으로서의 기능을 수행할 수 있다.
코어층(113)은, 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 금속층(111, 112) 사이에 배치되며 허니콤 구조(honeycomb structure)를 가지고 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 서로 이격되어 있는 한 쌍의 금속층(111, 112) 사이의 공간에 코어층(113)이 개재됨으로써, 샌드위치 플레이트(110)의 구조적인 강성이 그 무게 대비 현저히 향상될 수 있다.
허니콤 구조의 코어층(113)은, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 칸막이 벽(114) 및 이에 의해 구획되는 복수의 셀(cell, 115)을 포함한다. 여기서, 칸막이 벽(114)은 금속층(111, 112)의 두께 방향을 따라 수직 방향으로 연장되어 있으며, 이러한 칸막이 벽(114)에 의해 금속층(111, 112) 사이의 공간이 복수개로 분할되고 구획되어 격자 구조로 배치된 복수의 셀(115)이 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 칸막이 벽(114)은 금속층(111, 112)의 두께 방향으로, 즉, 금속층(111, 112) 표면과 수직 방향으로 배치되며, 금속층(111, 112)의 길이 방향을 따라 반복적으로 절곡된다. 그리고 이러한 복수의 칸막이 벽(114)이 서로 마주보도록 배치됨으로써, 내부에 공간이 형성되며 육각형 단면을 갖는 셀(115)이 복수로 형성될 수 있다.
이와 같이 칸막이 벽(114)이 금속층(111, 112)과 수직으로 배치되어 있으므로, 샌드위치 플레이트(110)는 금속층(111, 112)에 수직으로 작용하는 하중에 대한 강성(stiffness)이 보다 향상될 수 있으며, 코어층(113)의 복수의 셀(115) 내에 공간이 존재함으로 인해 휨강도(flexural strength) 역시 향상될 수 있으므로, 결과적으로 샌드위치 플레이트(110)의 전체적인 구조 강성이 향상될 수 있다.
따라서, 이러한 샌드위치 플레이트(110)를 이용하여 LNG 선박의 액화가스 저장 용기(100)를 구성하게 되면, 구조 강성을 보완하기 위해 설치되는 보강재(130)의 수를 종래에 비해 현저하게 감소시킬 수 있다.
그리고 코어층(113)의 두께(t1)는 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이 금속층(111, 112) 각각의 두께(t2) 보다 크게 설정될 수 있다. 이와 같이 코어층(113)의 두께(t1)가 금속층(111, 112)의 두께(t2)보다 크게 설정됨으로써, 샌드위치 플 레이트(110)의 수직 하중에 대한 강성 및 휨강도가 보다 향상될 수 있으며, 도 8의 비교표에 나타난 바와 같이 코어층(113)의 두께(t1)가 증가되면, 그 증가에 비해 비약적으로 샌드위치 플레이트(110)의 구조적인 강성이 증가하게 된다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 샌드위치 플레이트(110)의 코어층(113)의 두께에 따른 물리적 특성을 나타낸 비교표이다.
도 8의 (a)는 코어층(113)이 사용되지 않는 경우이고, 도 8의 (b)는 코어층(113)의 두께가 각 금속층(111, 112) 두께의 2배인 경우이며, 도 8의 (c)는 코어층(113)의 두께가 각 금속층(111, 112)의 두께의 6배인 경우이다. 이하, 도 8의 (a)를 기준으로, 도 8의 (b), (c)를 각각 비교하여 설명하도록 한다.
도 8의 (b)는 각 금속층(111, 112) 두께의 2배인 코어층(113)이 사용된 경우로서, 도 8의 (a)에 비해 샌드위치 플레이트(110)의 수직 하중에 대한 강성 및 휨강도는 각각 7배, 3.5배 증가됨을 나타내고 있다.
이에 대해 도 8의 (c)은 각 금속층(111, 112)의 두께의 6배인 코어층(113)이 사용된 경우로서, 샌드위치 플레이트(110)의 수직 하중에 대한 강성 및 휨강도는 각각 37배, 9.2배 증가됨을 나타내고 있으므로, 이와 같은 결과를 통해, 코어층(113)의 두께가 증가되면, 그 증가 정도에 비해서 비약적으로 샌드위치 플레이트(110)의 구조 강성이 증가됨을 알 수 있다.
그리고 이러한 도 8의 (b), (c)의 경우, 도 8의 (a)에 비해 샌드위치 플레이트(110)의 무게는 각각 3%, 6% 증가되는데 불과하므로, 이를 통해, 코어층(113)이 개재됨으로써, 샌드위치 플레이트(110)의 구조적인 강성은 그 무게 대비 현저히 향상됨을 알 수 있다.
한편, 코어층(113)은 금속층(111, 112)과 동일한 열팽창계수 및 열전도도를 가진다. 즉, 코어층(113) 및 금속층(111, 112)이 서로 동일한 열적 특성을 갖는 재질로 이루어지며, 예를 들어, 알루미늄(Al) 또는 스테인리스강(stainless steel)을 포함하는 동일한 재질로 이루어질 수 있다.
이와 같이 코어층(113)과 금속층(111, 112)이 동일한 열팽창계수 및 열전도도를 갖는 재질로 이루어짐으로써, 액화가스 저장 용기(100)의 제작 시 용접에 의하여 샌드위치 플레이트(110)가 가열되거나, 액화가스 저장 용기(100) 내부의 (극)저온 액화가스에 의하여 샌드위치 플레이트(110)가 냉각되는 경우, 금속층(111, 112)과 코어층(113)의 접착 계면에 발생되는 열응력이 최소화될 수 있으며, 이에 따라, 액화가스 저장 용기(100)의 파손이 최소화될 수 있다.
종래 금속판 사이에 자체 접착 특성을 갖는 엘라스토머(elastomer)가 개재된 샌드위치 플레이트가 구조물 제작을 위해 이용되었으나, 이러한 샌드위치 플레이트는 그 결합을 위한 용접 열로 인해 엘라스토머가 용융되는 문제가 있었고, 엘라스토머와 금속판과의 열적 특성의 차이로 인해 이들 간 접착 계면에 발생되는 작용응력 또는 열응력이 증가됨에 따라 조기에 피로 파손되는 문제가 있어, 이러한 샌드위치 플레이트가 액화가스 저장 용기에 적용되기에는 어려움이 있었다.
그러나 본 실시예에 따르면, 종래의 엘라스토머 코어 대신 상술한 바와 같이 동일한 열적 특성(열팽창계수, 열전도도)을 갖는 코어층(113)을 금속층(111, 112) 사이에 삽입함으로써, 용접에 의한 가열 또는 액화가스에 의한 냉각이 있더라 도, 금속층(111, 112)과 코어층(113) 간의 열응력이 최소화될 수 있으므로, 피로 파손 등이 최소화된 안정적인 액화가스 저장 용기(100)가 구현될 수 있다.
한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 각 셀(115)에는 예를 들어 질소 등의 가스가 유동 가능하도록 유입구 및 유출구가 형성될 수 있다. 이와 같이 칸막이 벽(114)의 적절한 배치를 통해, 복수의 셀(115) 간 또는 셀(115)과 외부 간에 가스를 유동시키는 유입구 및 유출구가 형성됨으로써, 코어층(113)의 내부, 즉, 각 셀(115)의 내부에 예를 들어 질소 가스 등을 충전시키는, 소위, 질소 퍼징(N2 purging)이 가능하게 된다.
액화가스 저장 용기(100) 내에 주입되는 액화가스는 예를 들어 섭씨 -45 내지 -196 도의 (극)저온 상태이므로, 허니콤 구조의 코어층(113) 내부에 공기가 유입되면 공기 중의 수분이 결빙되어 액화가스 저장 용기(100)가 파손될 우려가 있으므로, 질소 퍼징을 통해 코어층(113)의 각 셀(115) 내부에 질소 등의 가스를 충전시킴으로써 이러한 파손이 방지될 수 있는 것이다.
한 쌍의 접착층(116, 117)은, 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 금속층(111, 112)과 코어층(113) 사이에 각각 개재되어 금속층(111, 112)과 코어층(113)을 접착시킨다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 접착층(116, 117)을 코어층(113)의 상, 하면과 각 금속층(111, 112) 사이에 각각 위치시킨 후, 이를 가열 및 압착함으로써, 샌드위치 플레이트(110)가 제작될 수 있다.
이 경우, 접착층(116, 117) 각각의 두께(t3)는 금속층(111, 112) 각각의 두 께(t2)보다 작으며, 예를 들어, 필름(film) 형태의 얇은 접착층(116, 117)이 이용될 수 있다.
연결 부재(120)는, 도 3 및 도 9에 도시된 바와 같이, 샌드위치 플레이트(110) 사이에 개재되어 샌드위치 플레이트(110)를 서로 연결한다. 여기서, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 저장 용기(100)의 일부를 나타낸 부분 확대도이다.
연결 부재(120)는 액화가스를 저장하기 위한 공간을 구획하도록 선체(170) 내부에 다면체 형상으로 배치된 복수의 샌드위치 플레이트(110)를 서로 결합시키는 수단으로서, 마찰 교반 용접(FSW, Friction Stir Welding)에 의해 각 샌드위치 플레이트(110)의 금속판과 접합되며, 이러한 용접에 따라 마찰 교반 용접 라인(140)이 형성된다. 이와 같은 마찰 교반 용접 방식에 대해서는 도 12 내지 도 16을 참조하여 액화가스 저장 용기(100) 제조 방법을 제시하는 부분에서 보다 상세히 후술하도록 한다.
이 경우, 연결 부재(120) 역시, 금속층(111, 112) 및 코어층(113)과 동일한 열적 특성, 즉, 동일한 열팽창계수 및 동일한 열전도도를 가진다. 즉, 연결 부재(120)는 금속층(111, 112) 및 코어층(113)과 동일한 재질로 이루어지며, 예를 들어, 알루미늄 또는 스테인리스강을 포함하는 재질로 이루어질 수 있다.
이와 같이 연결 부재(120)가 금속층(111, 112) 및 코어층(113)과 동일한 열적 특성(열팽창계수, 열전도도)을 가짐으로써, 상술한 바와 마찬가지로, 액화가스 저장 용기(100)의 제작 시 용접에 의해 샌드위치 플레이트(110)와 연결 부재(120)가 가열되거나, 액화가스 저장 용기(100) 내부의 (극)저온 액화가스에 의해 샌드위치 플레이트(110)와 연결 부재(120)가 냉각되는 경우, 샌드위치 플레이트(110)와 연결 부재(120) 사이에 발생되는 열응력이 최소화될 수 있으며, 이에 따라, 액화가스 저장 용기(100)의 파손이 최소화될 수 있다.
한편, 연결 부재(120)에는 코어층(113) 내부와의 가스 유동이 가능하도록 유로(124)가 형성된다. 즉, 상술한 질소 퍼징에 의해 코어층(113) 내에 충전된 질소 가스를 각 샌드위치 플레이트(110) 간에 유동시키기 위하여, 샌드위치 플레이트(110) 사이에 삽입된 연결 부재(120)에는 유로(124)가 형성된다.
이와 같이 연결 부재(120)에 유로(124)가 형성되어 각 샌드위치 플레이트(110)의 코어층(113) 간에 질소 등의 가스가 서로 유동될 수 있으므로, 보다 용이하고 효과적으로 질소 퍼징이 수행될 수 있으며, 이에 따라 코어층(113) 내부에 유입된 공기 중의 수분이 결빙되어 액화가스 저장 용기(100)를 파손시키는 문제를 방지할 수 있다.
이 경우, 도 9에 도시된 바와 같이, 연결 부재(120)로는 샌드위치 플레이트(110) 내부, 즉, 코어층(113)의 셀(115) 내부와의 가스 유동이 가능하도록 길이 방향을 따라 유로(124)가 형성된 형강이 이용된다.
이러한 형강은 플랜지(121, 122)와 웨브(123)로 이루어진다. 플랜지(121, 122)는 한 쌍을 이루며, 한 쌍의 플랜지(121, 122)는 한 쌍의 금속층(111, 112)에 마찰 교반 용접에 의하여 각각 접합된다. 그리고 이러한 한 쌍의 플랜지(121, 122) 사이에는 플랜지(121, 122)와 수직하게 배치되는 웨브(123)가 개재된다.
이와 같이 연결 부재(120)로 형강이 이용되고, 형강의 플랜지(121, 122)가 한 쌍의 금속층(111, 112)과 각각 접합되면, 형강 자체의 구조에 의해 길이 방향의 유로(124)가 확보될 수 있으므로, 유로(124) 형성을 위한 제조 비용 및 시간이 절감될 수 있다.
형강은 도 9에 도시된 바와 같이, 3개의 웨브(123)를 구비하여 'Ⅲ' 자 형상의 단면을 가질 수 있으며, 이러한 경우, 3개의 웨브(123)에 의하여 샌드위치 플레이트(110) 사이의 공간은 4개로 분할 및 구획되어 형강의 길이 방향을 따라 총 4개의 유로(124)가 형성될 수 있다.
그리고 도 9에 도시된 바와 같이, 복수의 유로(124)는 관통홀(125)에 의해 서로 연결될 수 있다. 즉, 형강의 각 웨브(123)에는 복수의 관통홀(125)이 형성되며, 이러한 관통홀(125)에 의해 4개의 유로(124) 사이에 질소 등 가스의 유동이 가능하게 된다.
보강재(130)는, 도 3 및 도 9에 도시된 바와 같이, 액화가스 저장 용기(100)의 강성을 보강하기 위해 연결 부재(120)의 표면에 접합된다. 즉, 보강재(130)는 샌드위치 플레이트(110)의 표면이 아닌 연결 부재(120)에 접합되어 액화가스 저장 용기(100)의 강성을 보강한다. 보강재(130)는 필렛 용접에 의해 연결 부재(120)에 설치되며 이러한 용접에 따라 필렛 용접 라인(150)이 형성된다.
이와 같이 보강재(130)가 연결 부재(120)에 설치되면, 보강재(130)가 접합되는 접합 부분과 접착층(116, 117) 사이의 이격 거리가, 샌드위치 플레이트(110) 의 표면에 보강재(130)가 접합되는 경우에 비해 증가하게 된다. 따라서 보강재(130)의 접합을 위한 용접에 의해 접착층(116, 117)이 용융되는 것이 방지될 수 있다.
또한 연결 부재(120)로서 형강이 이용되는 경우, 형강의 웨브(123)가 냉각 핀의 기능도 수행하게 되므로, 상술한 용접 열에 의한 접착층(116, 117)의 용융이 보다 효과적으로 방지될 수 있다. 이 경우, 형강은 그 자체가 강성을 지니고 있으므로 상술한 용접에 따른 변형이 최소화될 수 있다.
한편 본 실시예의 경우, 상술한 바와 같이 코어층(113)이 허니콤 구조로 형성되어 샌드위치 플레이트(110)의 강성이 증가되므로, 설치되는 보강재(130)의 수량이 40% 정도 감소될 수 있다.
단열재(160)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 연결 부재(120)에 의해 서로 접합된 복수의 샌드위치 플레이트(110)의 외부면을 감싸도록 배치되어, 액화가스 저장 용기(100) 내부에 저장된 액화가스를 외부와 단열하는 기능을 수행한다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 액화가스 저장 용기(100)에 대하여 설명하도록 한다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액화가스 저장 용기(100)의 일부를 나타낸 부분 확대도이다.
본 실시예의 경우, 샌드위치 플레이트(110), 금속층(111, 112), 코어층(113), 접착층(116, 117), 연결 부재(120), 플랜지(121, 122), 유로(124), 관통 홀(125), 보강재(130), 마찰 교반 용접 라인(140), 필렛 용접 라인(150) 및 단열재(160)는 모두 전술한 실시예와 그 구조 및 기능이 동일하나, 웨브(123)의 개수에 따른 연결 부재(120)의 구체적인 형상이 전술한 실시예와 상이하다.
즉, 본 실시예의 경우, 도 10에 도시된 바와 같이, 웨브(123)의 개수가 1개이어서 'I'자 형상의 단면을 갖게 되는 형강이 연결 부재(120)로서 이용될 수 있다. 이와 같이 웨브(123)의 개수가 1개임에 따라, 샌드위치 플레이트(110) 사이의 공간은 2개로 분할되어 연결 부재(120)의 길이 방향을 따라 총 2개의 유로(124)가 형성될 수 있다.
그리고 본 실시예의 경우, 도 11에 도시된 바와 같이, 웨브(123)의 개수가 2개이어서 'Ⅱ'자 형상의 단면을 갖게 되는 형강이 연결 부재(120)로서 이용될 수도 있다. 이 경우에는 웨브(123)의 개수가 2개이므로, 샌드위치 플레이트(110) 사이의 공간이 3개로 분할되며, 이에 따라, 연결 부재(120)의 길이 방향을 따라 총 3개의 유로(124)가 형성될 수 있다.
이하, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선박에 대하여 설명하도록 한다.
본 실시예에 따르면, 선체(도 3의 170), 및 선체(도 3의 170) 내부에 설치되는 액화가스 저장 용기(도 3의 100)를 포함하는 LNG 선박이 제시된다.
본 실시예의 경우, 액화가스 저장 용기(도 3의 100)의 구체적 구성 및 기능은 전술한 실시예와 동일 또는 유사하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
이하, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액화가스 저장 용기(도 3의 100)의 제조 방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액화가스 저장 용기(도 3의 100) 제조 방법을 나타낸 순서도이다. 도 13 내지 도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액화가스 저장 용기(도 3의 100) 제조 방법의 각 공정을 나타낸 부분 확대도이다.
본 실시예에 따르면, 도 12 내지 도 16에 도시된 바와 같이, 샌드위치 플레이트(210)를 제공하는 단계(S110), 연결 부재(220)를 배치하는 단계(S120), 마찰 교반 용접에 의해 금속층(211, 212)과 연결 부재(220)를 접합하는 단계(S130), 및 보강재(230)를 접합하는 단계(S140)를 포함하는 액화가스 저장 용기(도 3의 100) 제조 방법이 제시된다.
이와 같은 본 실시예에 따르면, 금속층(211, 212)과 연결 부재(220)를 마찰 교반 용접 방식으로 접합함으로써, 용접 시 발생되는 열이 감소되어 접착층(216, 217)의 용융 및 용접 부위의 변형이 최소화될 수 있으며, 용접에 따른 비드 여성고가 작아 피로 강도가 향상될 수 있다.
이하, 도 12 내지 도 16을 참조하여 각 공정을 보다 상세히 설명하도록 한다.
본 실시예의 경우, 샌드위치 플레이트(210), 금속층(211, 212), 코어층(213), 접착층(216, 217), 연결 부재(220), 플랜지(221, 222), 웨브(223), 유 로(224), 관통홀(225), 보강재(230), 마찰 교반 용접 라인(240), 필렛 용접 라인(250)의 구조 및 그에 따른 기능은, 전술한 실시예를 통해 제시한 액화가스 저장 용기(도 3의 100)의 샌드위치 플레이트(110), 금속층(111, 112), 코어층(113), 접착층(116, 117), 연결 부재(120), 플랜지(121, 122), 웨브(123), 유로(124), 관통홀(125), 보강재(130), 마찰 교반 용접 라인(140), 필렛 용접 라인(150)과 동일 또는 유사하므로, 이들의 구조에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 하고, 이하, 액화가스 저장 용기(도 3의 100)의 제조 공정 자체를 중심으로 설명하도록 한다.
먼저, 도 13에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 금속층(211, 212)과, 금속층(211, 212) 사이에 배치되며 금속층(211, 212)과 동일한 열팽창계수를 갖는 허니콤 구조의 코어층(213)과, 금속층(211, 212)과 코어층(213) 사이에 개재되어 금속층(211, 212)과 코어층(213)을 접착시키는 접착층(216, 217)을 포함하는 복수의 샌드위치 플레이트(210)를 제공한다(S110).
전술한 실시예들에서 제시된 샌드위치 플레이트(210)를 제공하는 단계로서, 이러한 샌드위치 플레이트(210)는, 상술한 바와 같이 코어층(213)의 상, 하면과 각 금속층(211, 212) 사이에 한 쌍의 접착층(216, 217)을 각각 배치한 후, 이들 금속층(211, 212), 접착층(216, 217), 코어층(213)을 가열 및 압착함으로써 제작될 수 있다.
다음으로, 도 14에 도시된 바와 같이, 샌드위치 플레이트(210) 사이에 연결 부재(220)를 배치한다(S120). 복수의 샌드위치 플레이트(210)는 액화가스의 저장을 위한 내부 공간을 구획하도록 다면체 형상으로 배치된다. 이들 샌드위치 플레이트(210)의 결합을 위해 샌드위치 플레이트(210) 사이에 연결 부재(220)인 형강을 배치한다.
이 경우, 도 14에 도시된 바와 같이, 형강의 플랜지(221, 222)의 측면과 금속층(211, 212)의 측면이 각각 맞닿도록 형강을 배치하며, 이러한 형강의 형상에 따라 코어층(213)과의 가스 유동이 가능한 유로(224)가 형성된다.
다음으로, 도 15에 도시된 바와 같이, 마찰 교반 용접에 의해 금속층(211, 212)과 연결 부재(220)를 접합한다(S130). 마찰 교반 용접은 회전하는 공구와 피접합재 사이의 마찰열에 의해 피접합재의 국부적인 영역을 소성 유동시켜 피접합재를 접합시키는 방식으로서, 이러한 용접에 의해 도 15에 도시된 바와 같이 마찰 교반 용접 라인(240)이 형성된다.
이러한 마찰 교반 용접 방식에 의해 금속층(211, 212)과 연결 부재(220)의 플랜지(221, 222)를 접합함으로써, 용접 시 발생되는 열이 감소될 수 있고, 이에 따라 접착층(216, 217)의 용융 및 용접 부위의 변형이 최소화될 수 있다. 그리고 마찰 교반 용접에 의할 경우 용접 부위가 평평하게 형성되어 용접에 따른 비드 여성고가 작으므로, 용접 부위의 피로 강도가 향상될 수 있다.
다음으로, 도 16에 도시된 바와 같이, 연결 부재(220)의 표면에 보강재(230)를 접합한다(S140). 필렛 용접 방식에 의하여 보강재(230)를 연결 부재(220)의 상, 하면에 접합하는 공정으로, 이러한 용접에 의해 보강재(230)와 연결 부재(220)의 접합 부위에는 필렛 용접 라인(250)이 형성된다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 독립형 액화가스 저장 용기를 나타낸 사시도.
도 2는 도 1의 A 부분을 나타낸 부분 확대도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 저장 용기를 나타낸 사시도.
도 4는 도 3의 B 부분을 나타낸 부분 확대도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 샌드위치 플레이트를 나타낸 사시도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 샌드위치 플레이트를 나타낸 분해 사시도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 샌드위치 플레이트의 코어층을 나타낸 사시도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 샌드위치 플레이트의 코어층의 두께에 따른 물리적 특성을 나타낸 비교표.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 저장 용기의 일부를 나타낸 부분 확대도.
도 10 및 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액화가스 저장 용기의 일부를 나타낸 부분 확대도.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액화가스 저장 용기 제조 방법을 나타낸 순서도.
도 13 내지 도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액화가스 저장 용기 제조 방법의 각 공정을 나타낸 부분 확대도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 액화가스 저장 용기 110: 샌드위치 플레이트
111, 112: 금속층 113: 코어층
114: 칸막이 벽 115: 셀
116, 117: 접착층 120: 연결 부재
121, 122: 플랜지 123: 웨브
124: 유로 125: 관통홀
130: 보강재 140: 마찰 교반 용접 라인
150: 필렛 용접 라인 160: 단열재
170: 선체
210: 샌드위치 플레이트 211, 212: 금속층
213: 코어층 216, 217: 접착층
220: 연결 부재 221, 222: 플랜지
223: 웨브 224: 유로
225: 관통홀 230: 보강재
240: 마찰 교반 용접 라인 250: 필렛 용접 라인

Claims (10)

  1. 한 쌍의 금속층과, 상기 금속층 사이에 배치되며 상기 금속층과 동일한 열팽창계수를 갖는 허니콤 구조(honeycomb structure)의 코어층(core layer)과, 상기 금속층과 상기 코어층 사이에 개재되어 상기 금속층과 상기 코어층을 접착시키는 접착층을 포함하는 복수의 샌드위치 플레이트(sandwich plate)를 제공하는 단계;
    한 쌍의 플랜지(flange)와 상기 플랜지 사이에 상기 플랜지와 수직하게 배치되는 웨브(web)로 이루어진 연결 부재를 상기 샌드위치 플레이트 사이에 배치하는 단계; 및
    상기 한 쌍의 금속층과 상기 한 쌍의 플랜지를 각각 마찰 교반 용접에 의해접합하고, 이에 따라 상기 웨브에 의해 구획되는 유로를 형성함으로써 상기 유로를 통해 상기 코어층 내부와의 가스 유동이 가능하도록 상기 금속층과 상기 연결부재를 접합하는 단계를 포함하는 액화가스 저장 용기 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코어층은,
    상기 금속층의 두께 방향을 따라 연장된 칸막이 벽; 및
    상기 칸막이 벽에 의해 상기 금속층 사이의 공간이 구획되어 형성된 복수의 셀(cell)을 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 저장 용기 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연결 부재는 상기 금속층 및 상기 코어층과 동일한 열팽창계수를 갖는 것을 특징으로 하는 액화가스 저장 용기 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 금속층, 상기 코어층 및 상기 연결 부재는 동일한 열전도도를 갖는 것을 특징으로 하는 액화가스 저장 용기 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 금속층, 상기 코어층 및 상기 연결 부재는 동일한 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액화가스 저장 용기 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 금속층, 상기 코어층 및 상기 연결 부재는 알루미늄(Al) 또는 스테인리스강(stainless steel)을 포함하는 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액화가스 저장 용기 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코어층의 두께는 상기 금속층 각각의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 액화가스 저장 용기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 접착층 각각의 두께는 상기 금속층 각각의 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 액화가스 저장 용기 제조 방법.
  9. 삭제
  10. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속층과 상기 연결 부재를 접합하는 단계 이후에,
    상기 연결 부재의 표면에 보강재를 접합하는 단계를 더 포함하는 액화가스 저장 용기 제조 방법.
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