KR101149495B1 - 화물창의 멤브레인 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화물창의 멤브레인에 관한 것으로서, 화물창의 1차 방벽 역할을 하는 패널과, 패널에서 액체 화물이 접촉되는 면에 액체 화물의 슬로싱 충격을 흡수하도록 마련되는 댐핑부재와, 댐핑부재를 패널에 고정시키는 고정부재를 포함한다. 따라서, 본 발명은 액체 화물의 운송 또는 저장이 필요한 선박에 마련된 화물창의 1차 방벽인 멤브레인에서 액체 화물이 접하는 표면에 댐핑부재가 용이하게 설치됨으로써 액체 화물에 발생하는 슬로싱에 의한 충격 하중을 감소시키고, 이러한 댐핑부재가 저온에서도 손상없이 댐핑 역할을 수행할 수 있도록 함으로써 내구성이 우수하며, 고정부재에 의해 댐핑부재가 거동의 감소 및 손상의 억제를 가져오도록 멤브레인에 고정될 뿐만 아니라 충돌하는 액체 화물 덩어리의 부피를 잘게 부수도록 하여 슬로싱 하중의 초기 최고점 압력(peak pressure)을 감소시키고, 이로 인해 멤브레인 및 하부의 단열 보온재 등의 손상을 방지하는 효과를 가진다.
멤브레인, 패널, 댐핑부재, 고정부재, 용접, 메쉬

Description

화물창의 멤브레인{MEMBRANE OF A CARGO}
본 발명은 액체 화물의 운송 또는 저장이 필요한 선박에 마련된 화물창의 1차 방벽인 멤브레인에 가해지는 슬로싱 충격 하중을 감소시키는 화물창의 멤브레인에 관한 것이다.
일반적으로, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 'LNG'라 함)는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 -162℃로 냉각해 그 부피를 6백분의 1로 줄인 무색 투명한 초저온 액체를 말한다.
이러한 LNG가 에너지 자원으로 사용됨에 따라 이 가스를 에너지로 이용하기 위해서 생산기지로부터 수요지의 인수지까지 대량으로 수송할 수 있는 효율적인 운송 방안이 검토되어 왔으며, 이러한 노력의 일환으로 대량의 LNG를 해상으로 수송할 수 있는 LNG 운반선이 개발되었다.
그런데, LNG 운반선에는 초저온상태로 액화시킨 LNG를 보관 및 저장할 수 있는 화물창(Cargo)이 구비되어야 하는데, 이러한 화물창에 요구되는 조건이 매우 까다로워 많은 어려움이 있었다. 즉, LNG는 대기압 보다 높은 증기압을 가지며, 대략 -162℃ 정도의 비등 온도를 갖기 때문에, 이러한 LNG를 안전하게 보관하고 저장하기 위해서는 이를 저장하는 화물창은 초저온에 견딜 수 있는 재료, 예를 들면 알루미늄강, 스테인리스강, 35% 니켈강 등으로 제작되어야 하며, 기타 열응력 및 열수축에 강하고, 열침입을 막을 수 있는 독특한 인슐레이션 구조로 설계되어야 했다.
종래의 일 실시예에 따른 LNG 운반선의 화물창 인슐레이션 구조를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 일 실시예에 따른 LNG 운반선의 화물창 인슐레이션 구조를 도시한 단면도이다. 도시된 바와 같이, LNG 운반선의 선체(1) 내측면에 에폭시 매스틱(epoxy mastic; 13)과 스터드 볼트(stud bolt; 14)에 의해 하부 인슐레이션 패널(bottom insulation panel; 10)이 보강판(10a)을 매개로 하여 부착 고정된다.
이 때, 하부 인슐레이션 패널(10)과 상부 인슐레이션 패널(top insulation panel; 20)의 사이에는 리지드 트리플렉스(rigid triplex; 22)가 개재되어 접착되어 있다. 한편, 하부 인슐레이션 패널(10)을 화물창 벽에 부착시킬 때에는 글라스 울(glass wool) 재질의 플랫 조인트(flat joint; 18)가 서로 간에 형성되는 갭(gap; 40)에 삽입될 수 있도록 하부 인슐레이션 패널(10)이 간극을 가지도록 한다.
그런 다음, 상부 인슐레이션 패널(20) 사이에 탑 브릿지 패널(top bridge panel; 28)을 부착시키는데, 이 때 기존에 부착되어 있는 리지드 트리플렉스(22) 상에 에폭시 글루(24)로 하여 서플 트리플렉스(26: Supple triplex)를 부착시키고, 그 위에 에폭시 글루(24)를 이용하여 탑 브릿지 패널(28)을 부착시킨다.
그리고 상부 인슐레이션 패널(20)과 탑 브릿지 패널(28)의 상부는 동일 평면을 갖게 되고, 이러한 동일 평면상에는 도 2에 도시된 바와 같이, 주름부(31,32)가 형성된 금속 멤브레인(metal membrane; 30)이 앵커 스트립(33)을 매개로 부착되어 화물창 벽면이 완성된다.
LNG 운반선의 선체(1) 내측면과 하부 인슐레이션 패널(10)의 조립 방법을 좀 더 살펴보면, 선체(1)의 내벽에 저항 용접에 의해 스터드 볼트(14)를 부착하고, 하부 인슐레이션 패널(10)에는 스터드 볼트(14)가 삽입될 수 있는 관통홀(미도시)을 미리 수직되게 형성시킨다. 따라서, 스터드 볼트(14)에 너트(14a)를 체결하고, 하부 인슐레이션 패널(10)에 형성된 홀에 원기둥 형태의 폼 플러그(15)를 삽입함으로써 조립이 완성된다.
상기한 바와 같이, 종래의 기술에 따른 LNG 운반선의 화물창 인슐레이션 구조는 1차 방벽인 금속 멤브레인과 카고 저장 시스템(cargo containment system)의 단열 구조물을 보호하기 위하여 표면에 충격파를 감소시키는 장치가 없다. 이는 기존의 선박과 화물창의 규모가 상대적으로 작아 충격파가 우려할 정도가 아니었기 때문이다. 그러나, 선박과 화물창이 대형화되어 감에 따라 이러한 금속 멤브레인에 화물창 내의 LNG 유동의 공명(resonance) 현상인 슬로싱(slothing)이 발생할 때, 금속 멤브레인의 주름부가 손상되거나 하부의 카고 저장 시스템 구조에 상당한 충격이 전달되어 구조의 안전성에 문제를 발생시킬 여지가 있다.
이러한 문제점은 LNG 운반선의 화물창에만 국한되는 것이 아니라 저온 액체 화물이 저장되는 모든 화물창에 적용될 수 있다.
본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 액체 화물이 저장된 화물창의 1차 방벽인 멤브레인에 가해지는 액체 화물의 슬로싱에 의한 초기 최고점 압력(peak pressure)을 감소시킴으로써 멤브레인 및 하부의 보온 단열재 등이 손상되는 것을 방지한다.
본 발명에 따른 화물창의 멤브레인은, 액체 화물이 저장된 화물창의 멤브레인에 있어서, 화물창의 1차 방벽 역할을 하는 패널과, 패널에서 액체 화물이 접촉되는 면에 액체 화물의 슬로싱 충격을 흡수하도록 마련되는 댐핑부재와, 댐핑부재를 패널에 고정시키는 고정부재를 포함한다.
본 발명은 액체 화물의 운송 또는 저장이 필요한 선박에 마련된 화물창의 1차 방벽인 멤브레인에서 액체 화물이 접하는 표면에 댐핑부재가 용이하게 설치됨으로써 액체 화물로 인해 발생하는 슬로싱에 의한 충격 하중을 감소시키고, 이러한 댐핑부재가 저온에서도 손상없이 댐핑 역할을 수행할 수 있도록 함으로써 내구성이 우수하며, 고정부재에 의해 댐핑부재가 거동의 감소 및 손상의 억제를 가져오도록 멤브레인에 고정될 뿐만 아니라 충돌하는 액체 화물 덩어리의 부피를 잘게 부수도록 하여 슬로싱 하중의 초기 최고점 압력(peak pressure)을 감소시키고, 이로 인해 멤브레인 및 하부의 단열 보온재 등의 손상을 방지하는 효과를 가진다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 화물창의 멤브레인을 도시한 부분 사시도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 화물창의 멤브레인(100)은 LNG 운반선 뿐만 아니라 액체 화물의 수송 내지 저장이 필요한 선박에 마련된 화물창에 설치되는 것으로서, 화물창의 단열 보온재에 설치되어 1차 방벽 역할을 하는 패널(110)과, 패널(110)에서 액체 화물이 접촉되는 면에 마련되는 댐핑부재(120)와, 댐핑부재(120)를 패널(110)에 고정시키는 고정부재(130)를 포함할 수 있다.
패널(110)은 극저온에 견디는 금속 또는 합금으로 제작되고, 액체 화물이 접촉되는 표면에 돌출되도록 주름부(111,112)가 형성될 수 있으며, 이러한 주름부(111,112)가 종방향으로 형성되는 제 1 주름부(111)와 횡방향으로 형성되는 제 2 주름부(112)로 이루어질 수 있으며, 제 1 및 제 2 주름부(111,112)가 서로 교차되는 부위에 제 1 및 제 2 주름부(111,112)의 신축을 가능하도록 하는 구조를 가지는 교차부(113)가 형성될 수 있다.
댐핑부재(120)는 패널(110)에서 액체 화물이 접촉되는 면에 액체 화물의 슬로싱(slothing) 충격을 흡수하도록 마련되는데, 후술하게 될 고정부재(130)에 의해 패널(110)에 다수로 고정될 수 있다.
댐핑부재(120)는 저온에서 딱딱하게 얼지 않으면서도 후술하게 될 고정부재(130)의 용접 등에 의한 불꽃에 의해 화재가 발생하지 않도록 멜라민 수지를 포함하는 재질로 이루어질 수 있으며, 충격을 흡수하기 위하여 스폰지 등과 같은 오픈 쉘(open shell) 구조를 가질 수 있다.
댐핑부재(120)는 패널(110)과의 일체화를 위하여 패널(110)에 형성되는 주름부(111,112) 사이의 공간을 각각 채우도록 마련될 수 있으며, 이를 위해 일례로 멜라민 폼(melamine foam)을 패널(110)의 주름부(111,112) 사이의 공간, 예를 들면 제 1 및 제 2 주름부(111,112)에 의해 구획되는 공간의 형상과 상응한 3차원 형상으로 제작되어 주름부(111,112) 사이의 공간에 채워지도록 설치된다.
고정부재(130)는 저온에 견딜 수 있는 금속 또는 합금으로 이루어질 수 있고, 일례로 스테인리스스틸(stainless steel) 재질로 이루어질 수 있으며, 액체 화물이 통과할 수 있는 구조, 예를 들면 다공 구조나 메쉬(mesh) 구조 등으로 이루어질 수 있고, 댐핑부재(120)의 상부를 덮어서 주름부(111,112)에 도달하기 위한 형상 및 크기를 가질 수 있다.
고정부재(130)는 댐핑부재(120)의 개수에 상응하는 개수로 이루어질 수 있고,댐핑부재(120)를 패널(110)에 고정시키기 위하여 패널(110)에 접착물질에 의해 접착될 수 있으며, 이 뿐만 아니라 용접이 가능한 재질로 이루어지는 경우 패널(110)에 형성되는 주름부(111,112)에 스팟 용접(spot welding)이나 라인 용접(line welding) 등의 용접에 의해 부착될 수 있다. 따라서, 고정부재(130)가 용접에 의해 패널(110)에 고정됨으로써 댐핑부재(120)의 움직임을 억제하여 댐핑부재(120)가 떨어지거나 찢어지는 현상을 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 화물창의 멤브레인을 도시한 부분 평면도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 화물창의 멤브레인(200)은 화물창의 1차 방벽 역할을 하는 패널(210)과, 패널(210)에서 액체 화물이 접촉되는 면에 액체 화물의 슬로싱 충격을 흡수하도록 마련되는 댐핑부재(220)와, 댐핑부재(220)를 패널(210)에 고정시키는 고정부재(230)를 포함할 수 있으며, 주름부(211,212)와 교차부(213)를 가지는 패널(210) 및 댐핑부재(220)에 대해서는 제 1 실시예에 따른 화물창의 멤브레인(100)의 패널(110) 및 댐핑부재(120)와 동일하므로 그 설명을 생략하기로 하겠다.
한편, 제 1 주름부(211)가 제 2 주름부(212)에 비하여 높이가 큰 경우, 도 5에 도시된 바와 같이 고정부재(230)는 댐핑부재(220)의 상부에 위치하여 양측이 제 1 주름부(211)의 정상부에 용접에 의해 고정될 수 있으며, 도 6에 도시된 바와 같이 댐핑부재(220)는 제 2 주름부(212)보다 더 높도록 형성됨으로써 고정부재(230)가 제 2 주름부(212)에는 용접될 필요가 없게 된다.
본 실시예에 따른 고정부재(230)는 메쉬(mesh) 구조로 이루어지되, 이러한 메쉬 구조가 종선(231)과 횡선(232)을 엇갈리게 교차함으로써 이루어지며, 이로 인해 종선(231)과 횡선(232)의 교차 부위가 굴곡지게 형성되어 온도 변화에 따른 신축이 용이하도록 하며, 이로 인해 수축 시 발생되는 응력에 의해 파손되는 것을 방지한다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 화물창의 멤브레인을 도시한 부분 평면도이다. 도시된 바와 같이, 제 3 실시예에 따른 화물창의 멤브레인(300)은 화물창의 1차 방벽 역할을 하는 패널(310)과, 패널(310)에서 액체 화물이 접촉되는 면에 액체 화물의 슬로싱 충격을 흡수하도록 마련되는 댐핑부재(320)와, 댐핑부재(320)를 패널(310)에 고정시키는 고정부재(330)를 포함할 수 있는데, 이하, 제 1 실시예에 따른 화물창의 멤브레인(100)과의 차이점에 대해서만 설명하기로 하겠다.
본 실시예에 따른 고정부재(330)는 메쉬 구조로 이루어지되, 종선(331)의 끝단 또는 횡선(332)의 끝단이 액체 화물의 슬로싱에 의해 댐핑부재(320)에 손상을 입히지 않도록 종선(331) 또는 횡선(332)이 단일로 이루어져서 지그재그로 배열될 수 있는데, 본 실시예에서는 종선(331)이 단일로 이루어져서 지그재그로 배열됨을 나타내었으며, 이는 고정부재(330)의 용접 부위를 고려하여 종선(331)과 횡선(332) 중에서 용접되지 아니하는 측을 단일로 이루어지도록 할 수 있다. 또한, 지그재그로 배열되는 종선(331)의 양단은 제 1 주름부(311)의 정상부에 용접으로 고정될 수 있다.
본 실시예에 따른 고정부재(330)는 종선(331) 또는 횡선(332)이 이웃하는 다른 고정부재(340)의 종선(341) 또는 횡선(342)에 접하도록 연장 형성될 수 있다. 따라서, 고정부재(330)는 이웃하는 다른 고정부재(340)와의 접촉 부위가 비록 용접에 의해 패널(310)에 고정되지 않더라도 서로 연결될 수 있으며, 이로 인해 댐핑부재(320)가 전체적으로 안정되게 지지될 수 있도록 한다.
도 8은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 화물창의 멤브레인을 도시한 부분 평 면도이다. 도시된 바와 같이, 제 4 실시예에 따른 화물창의 멤브레인(400)은 화물창의 1차 방벽 역할을 하는 패널(410)과, 패널(410)에서 액체 화물이 접촉되는 면에 액체 화물의 슬로싱 충격을 흡수하도록 마련되는 댐핑부재(420)와, 댐핑부재(420)를 패널(410)에 고정시키는 고정부재(430)를 포함할 수 있는데, 제 1 실시예에 따른 화물창의 멤브레인(100)과의 차이점에 대해서만 설명하기로 하겠다.
본 실시예에 따른 고정부재(430)는 메쉬 구조로 이루어지되, 패널(410)의 주름부(411,412), 예를 들면 제 1 주름부(411)에 용접 시 스팟 용접에 따른 불편을 감소시키기 위하여 종선(431)의 끝단끼리 또는 횡선(432)의 끝단끼리 서로 연결시키는 용접선(433)을 가질 수 있으며, 본 실시예에서는 용접선(433)이 횡선(432)의 끝단끼리 서로 연결시킴을 나타낸다. 따라서, 제 1 주름부(411)에 용접선(433)의 용접만으로도 고정부재(430)를 안정적으로 고정시킬 수 있다.
한편, 상기한 실시예들에 따른 화물창의 멤브레인(200,300,400)에서 종선(231,331,431) 및 횡선(232,332,432)은 서로 직교하는 경우만을 의미하는 것이 아니라 90도 이외의 각도로 서로 교차할 수 있으며, 이 경우 서로 교차하는 어느 일측과 다른 일측을 각각 종선(231,331,431)과 횡선(232,332,432)으로 정의할 수 있으며, 종선(231,331,431)과 횡선(232,332,432) 외에도 다른 직선이나 곡선 등의 부재가 교차할 수 있음은 물론이다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 화물창의 멤브레인의 작동을 예로 들어 설명하면 다음과 같다.
액체 화물에 대한 슬로싱 충격 시 초기 최고점 압력(peak pressure)을 줄이 는 기능을 설명하면, 1차 방벽인 패널(110,210,310,410)의 변형을 야기하는 슬로싱 하중의 형태는 대체로 주름부(111,112,211,212,311,312,411,412) 단면을 기준으로 유동이 주름부(111,112,211,212,311,312,411,412)의 측면을 때릴 때 초기에 작용하는 최고점 압력의 비대칭 하중이 주요 원인이다. 이 때, 고정부재(130,230,330,430)를 통과하는 액체 화물의 큰 덩어리가 잘게 부서지게 됨으로써 슬로싱 충격의 양을 감소시키게 된다.
그리고, 고정부재(130,230,330,430)를 통과한 유체가 직접 패널(110,210,310,410)을 때리는 것이 아니라, 멜라민 폼 등의 형태를 가질 수 있는 댐핑부재(120,220,320,420)를 통과하여 1차 방벽인 패널(110,210,310,410)에 하중을 전달하게 됨으로써 이에 전달되는 초기 최고점 압력값을 크게 약화시킬 수 있다.
또한, 슬로싱 하중이 클 것으로 예상되는 부위에 적용함으로써 이미 제작되어 운항 중인 화물창의 경우 1차 방벽을 보강하기 위하여 뜯어내고 하부 보강재를 대는 등의 번거로운 작업없이 슬로싱 하중에 대하여 화물창을 경제적으로 보강할 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명은 액체 화물의 운송 또는 저장이 필요한 선박에 마련된 화물창의 1차 방벽인 멤브레인에서 액체 화물이 접하는 표면에 댐핑부재가 용이하게 설치됨으로써 액체 화물에 발생하는 슬로싱에 의한 충격 하중을 감소시키고, 이러한 댐핑부재가 저온에서도 손상없이 댐핑 역할을 수행할 수 있도록 함으로써 내구성이 우수하며, 고정부재에 의해 댐핑부재가 거동의 감소 및 손상의 억제를 가져오도록 멤브레인에 고정될 뿐만 아니라 충돌하는 액체 화물 덩어리의 부피를 잘게 부수도록 하여 슬로싱 하중의 초기 최고점 압력(peak pressure)을 감소시키고, 이로 인해 멤브레인 및 하부의 단열 보온재 등의 손상을 방지한다.
이상에서와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하며, 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다할 것이다.
도 1은 종래의 일 실시예에 따른 LNG 운반선의 화물창 인슐레이션 구조를 도시한 단면도이고,
도 2는 종래의 기술에 따른 LNG 운반선의 금속 멤브레인을 도시한 사시도이고,
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 화물창의 멤브레인을 도시한 부분 사시도이고,
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 화물창의 멤브레인을 도시한 부분 평면도이고,
도 5 및 도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 화물창의 멤브레인을 도시한 부분 단면도이고,
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 화물창의 멤브레인을 도시한 부분 평면도이고,
도 8은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 화물창의 멤브레인을 도시한 부분 평면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110,210,310,410 : 패널 111,211,311,411 : 제 1 주름부
112,212,312,412 : 제 2 주름부 113,213 : 교차부
120,220,320,420 : 댐핑부재 130,230,330,340,430 : 고정부재
231,331,341,431 : 종선 232,332,342,432 : 횡선
433 : 용접선

Claims (11)

  1. 액체 화물이 저장된 화물창의 멤브레인에 있어서,
    상기 화물창의 1차 방벽 역할을 하는 패널과,
    상기 패널에서 상기 액체 화물이 접촉되는 면에 상기 액체 화물의 슬로싱 충격을 흡수하도록 마련되는 댐핑부재와,
    상기 댐핑부재를 상기 패널에 고정시키도록, 상기 패널에 형성되는 주름부에 용접에 의해 부착되는 고정부재
    를 포함하는 화물창의 멤브레인.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 댐핑부재는,
    멜라민 수지를 포함하는 재질로 이루어지는 화물창의 멤브레인.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 댐핑부재는
    오픈 쉘 구조를 가지는 화물창의 멤브레인.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 댐핑부재는,
    상기 패널에 형성되는 주름부 사이의 공간을 채우도록 마련되는 화물창의 멤브레인.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정부재는,
    스테인리스스틸 재질로 이루어지는 화물창의 멤브레인.
  6. 삭제
  7. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 고정부재는,
    메쉬 구조로 이루어지는 화물창의 멤브레인.
  8. 제 7 항에 있어서
    상기 고정부재는,
    상기 메쉬 구조가 종선과 횡선을 엇갈리게 교차함으로써 이루어지는 화물창의 멤브레인.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 고정부재는,
    종선의 끝단끼리 또는 횡선의 끝단끼리 서로 연결시키는 용접선을 가지는 화물창의 멤브레인.
  10. 제 7 항에 있어서
    상기 고정부재는,
    종선 또는 횡선이 단일로 이루어져서 지그재그로 배열되는 화물창의 멤브레인.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 고정부재는,
    종선 또는 횡선이 이웃하는 다른 고정부재에 접하도록 연장 형성되는 화물창의 멤브레인.
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