KR101284869B1 - 멤브레인의 변형 저감구조체 - Google Patents

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Abstract

멤브레인의 변형 저감구조체가 개시된다. 선박의 선체에 설치되어 액화가스가 저장되는 화물창의 내측에 결합되고, 복수의 소주름 및 소주름에 직교하는 복수의 대주름이 형성된 다각형 형상의 멤브레인의 변형 저감구조체로서, 멤브레인은, 멤브레인의 복수의 꼭지점 영역 중 적어도 한 곳 이상의 영역에 형성된 변각부를 포함하고, 멤브레인 중 변각부가 형성되지 않은 영역에서는 소주름이 선체의 길이방향 또는 선체의 상하방향과 나란하게 배치되고, 변각부에서는 소주름이 선체의 길이방향 또는 선체의 상하방향과 수직한 방향으로 배치될 수 있다.

Description

멤브레인의 변형 저감구조체{STRUCTURE FOR REDUCING DEFORMATION OF MEMBRANE}
본 발명은 멤브레인의 변형 저감구조체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선박의 선체에 설치되어 액화가스가 저장되는 화물창에 사용되는 멤브레인이 슬로싱 현상에 의해 변형되는 것을 감소시키는 멤브레인의 변형 저감구조체에 관한 것이다.
현재 연료로써 널리 사용되고 있는 천연가스(natural gas)나 석유가스(petroleum gas) 등은 액화시키면 부피가 상당히 감소되므로, 저장공간을 절약하고 한 번에 운반할 수 있는 양을 증가시키기 위해 액화시킨 상태로 저장 및 운반하는 경우가 많다. 그런데, 액화가스의 비등점은 매우 낮기 때문에 액화가스를 저장 및 운반하기 위해서는 극저온 액체를 저장할 수 있는 특별한 시설이 필요하다.
따라서, 액화천연가스 및 액화석유가스 등을 저장 및 장거리 운반하는 데 사용되는 FLNG(LNG-FPSO), 액화가스 운반선 등에는 이러한 극저온의 액화가스를 저장할 수 있는 화물창(cargo tank)이 구비된다.
현재 앞에서 언급한 FLNG, 액화가스 운반선 외에도 액화가스를 저장하는 화물창이 구비된 다양한 형식의 액화가스 운반선 또는 수상구조물이 사용 중이거나 연구 및 개발되고 있다. 따라서, 본 명세서에서는 수상에서 다양한 작업 및 운항을 하는 수상 구조물 중 액화가스가 저장되는 화물창을 구비한 것을 선박으로 통칭하기로 한다.
액화가스 저장용 화물창은 선박의 선체와 독립된 화물창을 갖춘 독립탱크 방식과 금속재 멤브레인(membrane)으로 방벽을 형성하여 액화가스의 유출을 차단하는 멤브레인 방식으로 크게 분류될 수 있다. 현재 사용되고 있는 액화가스 저장용 화물창의 과반수가 멤브레인 방식인 것으로 알려져 있다.
도 1에는 멤브레인 방식 액화가스 운반선의 화물창이 예시되어 있다.
도 1을 참조하면, 화물창(1)은 선체(도시되지 않음) 내면에 설치된 단열구조체(2)가 포함된다. 단열구조체(2)에는 1차 방벽(10), 1차 단열층(20), 2차 방벽(30) 및 2차 단열층(40)이 포함된다. 여기서, 1차 방벽(10)으로는 멤브레인이 사용되는데, 이에 대해서는 도 2를 참조하여 설명한다.
화물창(1)에는 액화가스의 유입 및 배출을 위한 펌프타워(도시되지 않음)를 설치하기 위한 리퀴드돔(liquid dome, 3) 및 펌프타워 설치부(4)가 형성된다.
이와 같은 구성을 갖는 화물창(1)에 대해서는 잘 알려져 있으므로, 화물창(1) 자체에 대한 설명은 생략한다.
설명하지 않은 부호 10A는 1차 방벽(10) 중 화물창(1)의 상면 내측에 결합된 부분을 지칭하고 10B는 1차 방벽(10) 중 화물창(1)의 전면 내측에 결합된 부분을 지칭하는 것으로, 이에 대해서는 아래에서 다시 설명한다.
도 2에는 1차 방벽의 일부분이 예시되어 있다.
도 2를 참조하면, 1차 방벽(10)의 평면부(11)에는 서로 직교하는 대주름(12) 및 소주름(13)이 형성되고, 대주름(12) 및 소주름(13)이 교차하는 부분에는 교차부(14)가 형성된다.
1차 방벽(10)은 화물창(도 1의 1)에 저장되는 액화가스와 직접 접하게 되므로, 급격한 온도변화에 의해 열수축 현상이 발생된다. 평면부(11)는 이러한 열수축 현상에 따른 응력에 의해 손상될 수 있으므로, 평면부(11)에 대주름(12), 소주름(13) 및 교차부(14)를 형성하여 이러한 열수축 현상에 의해 발생한 응력에 의해 1차 방벽(10)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
이 중 대주름(12)은 소주름(13)보다 응력에 의한 변형이 큰 곳에 적용이 가능하다. 즉, 대주름(12)은 소주름(13)에 비해 더 많은 변형이 가능하므로, 상대적으로 큰 응력이 발생되는 방향에 수직한 방향으로 대주름(12)이 배치되도록 할 수 있다.
도 3에는 1차 방벽 중 화물창의 상면 내측에 결합된 부분이 예시되어 있다.
도 3을 참조하면, 1차 방벽(도 1의 10) 중 화물창의 상면 내측에 결합된 부분(10A)은 화물창(도 1의 1)의 형상에 따라 사각형을 가질 수 있다. 그리고, 그 일측에는 펌프타워 설치부(4)가 형성될 수 있다.
여기서 화물창(도 1의 1)의 상면은, 액화가스 운반선(도시되지 않음)이 해상에서 흔들림 없이 평형상태를 유지하여 액화가스 또한 평형상태를 유지하고 있을 경우를 가정했을 때, 다면체 형상인 화물창(도 1의 1)의 여러 면들 중 액화가스의 액면보다 상측에 위치하면서 액면과 형성하는 각도가 가장 작은 면을 지칭할 수 있다.
도면에 표시된 좌표축 중 x축은 도시되지 않은 액화가스 운반선의 선수로부터 선미를 연결하는 방향, 즉 선체의 길이방향과 나란한 방향이고, y축은 선체의 길이방향과 수직한 방향이다.
일반적인 화물창(도 1의 1)의 경우, 액화가스가 내부로 유입되면 화물창(도 1의 1)의 길이가 긴 방향, 즉 x축 방향으로 열수축에 의한 응력의 영향을 더 많이 받게 된다. 따라서, 상대적으로 응력에 의한 변형이 큰 x축 방향에 대해 수직한 방향, 즉 y축 방향으로 대주름(도 2의 12)이 배치되고, 소주름(도 2의 13)은 x축 방향으로 배치된다.
상술한 바와 같은 멤브레인 방식의 화물창(1)은, 내부에 저장된 액화가스의 유동에 의한 슬로싱(sloshing) 현상에 의해 손상될 가능성이 있다.
예를 들어, 액화가스 운반선(도시되지 않음)이 파도 및 바람 등의 영향에 의해 흔들릴 경우, 이 흔들림이 화물창(도 1의 1) 내에 저장된 액화가스로 전달되어 슬로싱 현상이 발생될 수 있다.
슬로싱 현상이 발생되면 1차 방벽(도 1의 10)에 부분적으로 큰 압력이 가해지거나 액화가스의 충돌에 의한 충격력이 가해진다. 슬로싱 현상은 액면부위에서 발생되므로, 화물창(도 1의 1)에 적재된 액화가스의 양에 따라 슬로싱 현상에 의한 압력 및 충격력이 집중적으로 작용하는 부분이 달라질 수 있다.
화물창(도 1의 1)에 액화가스를 만재하였을 경우에는, 슬로싱 현상에 의한 압력 및 충격력이 주로 1차 방벽(도 1의 10) 중 화물창(도 1의 1)의 상면 내측에 결합된 부분(10A) 및 전면 내측에 결합된 부분(10B)의 상측에 집중적으로 작용될 수 있다.
화물창(도 1의 1)에 적재된 액화가스를 하역하였을 경우에는, 슬로싱 현상에 의한 압력 및 충격력이 주로 1차 방벽(도 1의 10) 중 화물창(도 1의 1)의 측면 하측에 집중적으로 작용될 수도 있다.
화물창(도 1의 1)에 액화가스를 적재하는 중이거나 하역하는 중에 슬로싱 현상이 발생되면 그 압력 및 충격력이 화물창(도 1의 1)의 측면 중간 영역에 작용될 수도 있다.
F1, F2, F3 및 F4는 화물창(도 1의 1)에 액화가스를 만재하였을 경우 1차 방벽(도 1의 10) 중 화물창(도 1의 1)의 상면 내측에 결합된 부분(10A)에 슬로싱에 의한 힘이 주로 작용되는 부분 및 그 방향을 예시한 것이다.
슬로싱에 의한 힘이 주로 작용되는 부분 및 그 방향은 실험이나 시뮬레이션을 통하여 산출할 수 있고, 압력센서와 같은 측정수단을 이용하면 액화가스 운반선의 화물창(도 1의 1)에 구비된 1차 방벽(도 1의 10)에 가해지는 힘을 실제로 측정하여 확인할 수도 있다.
이와 같은 방법으로 산출 및 측정 등을 행하면 슬로싱에 의한 힘은 주로 1차 방벽(도 1의 10) 중 화물창(도 1의 1)의 모서리 부분에 작용된다는 것을 확인할 수 있으며, 슬로싱에 의한 힘의 방향 또한 확인할 수 있다.
도 4에는 슬로싱 현상에 의해 1차 방벽이 변형된 예가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 1차 방벽(도 1의 10)으로 사용된 멤브레인의 대주름(12)의 일부분이 변형되어 있다. 이러한 변형발생부(15)는 소주름(13)보다 구조적인 강도가 상대적으로 약한 대주름(12)에 더 빈번히 발생된다.
슬로싱 현상에 의해 변형발생부(15)가 발생될 경우, 대주름(12) 및 소주름(13)은 평면부(11)에 가해지는 열수축에 의한 응력에 효과적으로 대응하지 못하게 되며, 슬로싱 현상이 더 크게 발생되는 경우에는 1차 방벽(도 1의 10)이 손상될 수도 있다.
1차 방벽(도 1의 10)이 손상되면 이 부분으로 액화가스가 유출되어 매우 큰 사고가 야기될 수 있으므로, 1차 방벽(도 1의 10)으로 사용되는 멤브레인이 슬로싱 현상에 의해 변형 및 손상되는 것을 감소시키기 위한 연구 및 개발이 지속적으로 행해지고 있는 실정이다.
본 발명의 실시예들은 슬로싱 현상에 의해 화물창 상면에 결합된 멤브레인이 변형되는 것을 최소화하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선박의 선체에 설치되어 액화가스가 저장되는 화물창의 내측에 결합되고, 복수의 소주름 및 상기 소주름에 직교하는 복수의 대주름이 형성된 다각형 형상의 멤브레인의 변형 저감구조체로서, 상기 멤브레인은, 상기 멤브레인의 복수의 꼭지점 영역 중 적어도 한 곳 이상의 영역에 형성된 변각부를 포함하고, 상기 멤브레인 중 상기 변각부가 형성되지 않은 영역에서는 상기 소주름이 상기 선체의 길이방향과 나란하게 배치되고, 상기 변각부에서는 상기 소주름이 상기 선체의 길이방향 또는 상기 선체의 상하방향과 수직한 방향으로 배치된 것을 특징으로 하는 멤브레인의 변형 저감구조체가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박의 선체에 설치되어 액화가스가 저장되는 화물창의 내측에 결합되고, 복수의 소주름 및 상기 소주름에 직교하는 복수의 대주름이 형성된 다각형 형상의 멤브레인의 변형 저감구조체로서, 상기 멤브레인은, 상기 멤브레인의 복수의 꼭지점 영역 중 적어도 한 곳 이상의 영역에 형성된 변각부를 포함하고, 상기 멤브레인 중 상기 변각부가 형성되지 않은 영역에서는 상기 소주름이 상기 선체의 길이방향 또는 상기 선체의 상하방향과 나란하게 배치되고, 상기 변각부에서는 상기 소주름이 상기 멤브레인의 중심에서 꼭지점을 향하는 방향과 수직한 방향으로 배치된 것을 특징으로 하는 멤브레인의 변형 저감구조체가 제공될 수 있다.
이때, 상기 멤브레인은 사각형 형상이고, 상기 변각부는 상기 멤브레인의 네 꼭지점 영역에 각각 형성될 수 있다.
상기 멤브레인의 변형 저감구조체는, 상기 멤브레인 중 상기 변각부가 형성되지 않은 영역과 상기 변각부의 경계부에 결합되어, 상기 경계부를 밀폐하는 오버랩 피스를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 변각부는, 사각형, 삼각형 및 부채꼴 중 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 선박의 선체에 설치되어 액화가스가 저장되는 화물창의 내측에 결합되고, 복수의 소주름 및 상기 소주름에 직교하는 복수의 대주름이 형성된 다각형 형상의 멤브레인의 변형 저감구조체로서, 상기 멤브레인은, 상기 멤브레인의 복수의 꼭지점 영역 중 적어도 한 곳 이상의 영역을 포함하며 상기 멤브레인을 복수의 영역으로 분할하는 형상으로 각각 형성된 변각부를 포함하고, 상기 복수의 변각부에서는 상기 소주름이 상기 멤브레인의 중심에서 꼭지점을 향하는 방향과 수직한 방향으로 배치된 것을 특징으로 하는 멤브레인의 변형 저감구조체가 제공될 수 있다.
여기서, 상기 복수의 변각부는 상기 멤브레인의 복수의 꼭지점 중 적어도 하나를 각각 포함하도록 형성될 수 있다.
이때, 상기 멤브레인은 사각형 형상이고, 상기 복수의 변각부는 상기 멤브레인의 네 꼭지점 중 하나씩을 포함하도록 상기 멤브레인을 네 영역으로 분할하는 형상으로 형성될 수 있다.
상기 멤브레인의 변형 저감구조체는, 상기 복수의 변각부의 경계부에 각각 결합되어, 상기 경계부를 각각 밀폐하는 복수의 오버랩 피스를 더 포함할 수 있다.
상기 멤브레인의 변형 저감구조체에서, 상기 경사각은 0도 초과 90도 이하의 각도일 수 있다.
본 발명의 실시예들은 화물창 상면 내측에 결합된 멤브레인 중 슬로싱 현상에 의한 힘이 주로 작용되는 부분의 대주름 및 소주름의 방향을 변경하여 멤브레인의 변형을 저감시킴으로써 화물창의 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 멤브레인 방식 액화가스 운반선의 화물창의 내부구조를 예시한 도면.
도 2는 1차 방벽을 예시한 도면.
도 3은 1차 방벽 중 화물창의 상면 내측에 결합된 부분을 나타낸 도면.
도 4는 슬로싱 현상에 의해 1차 방벽이 변형된 실례를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인의 변형 저감구조체를 나타낸 도면.
도 6은 도 5에 A로 표시된 부분을 나타낸 도면.
도 7은 도 6에 B로 표시된 부분을 나타낸 도면.
도 8은 도 7의 Ⅷ-Ⅷ 직선에 의한 단면을 나타낸 도면.
도 9는 도 7의 Ⅸ-Ⅸ 직선에 의한 단면을 나타낸 도면.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 멤브레인의 변형 저감구조체를 나타낸 도면.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 멤브레인의 변형 저감구조체를 나타낸 도면.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 5에는 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인의 변형 저감구조체가 도시되어 있고, 도 6에는 도 5에 A로 표시한 부분이 도시되어 있다. 도 5 및 도 6을 함께 참조하여 설명한다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인의 변형 저감구조체(100)에는 상면측 멤브레인(110) 및 상면측 멤브레인(110)에 형성된 제1 변각부(120), 제2 변각부(130), 제3 변각부(140) 및 제4 변각부(150)가 포함될 수 있다. 여기서 상면측 멤브레인(110)은, 액화가스가 저장되는 화물창(도 1의 1)의 1차 방벽(도 1의 10) 중 전술한 바와 같은 상면 내측에 결합된 것을 지칭한다.
상면측 멤브레인(110)에는 금속재 평판인 평면부(111), 평면부(111)에 형성된 복수의 대주름(Large Corrugation, 112) 및 대주름(112)과 직교하는 방향으로 형성된 복수의 소주름(Small Corrugation, 113)이 포함될 수 있다.
상면측 멤브레인(110)의 소주름(113)은 도시되지 않은 액화가스 운반선의 선체 길이방향과 나란하게 배치되고, 대주름(112)은 소주름(113)에 직교하게 배치될 수 있다.
참고로, 본 명세서에서 직교, 수직 및 나란함은 수학적이거나 기하학적인 직교, 수직 및 나란함을 의미하는 것이 아니라, 기계가공오차 등을 고려한 실질적인 직교, 수직 및 나란함을 의미한다.
그리고, 도면에 표시된 좌표축 중 LC축 방향은 대주름(112)이 배치된 방향과 나란한 방향을 나타내고, SC축 방향은 소주름(113)이 배치된 방향과 나란한 방향을 나타낸다.
제1 내지 제4 변각부(120, 130, 140, 150)는 상면측 멤브레인(110)의 네 꼭지점 영역에 각각 형성될 수 있다. 즉, 제1 내지 제4 변각부(120, 130, 140, 150)는 사각형인 상면측 멤브레인(110)의 네 꼭지점 중 하나씩을 포함하는 위치에 형성될 수 있다.
이는, 도 3을 참조하여 설명했던 바와 같이, 슬로싱 현상에 의한 힘(도 3의 F1 내지 F4)이 주로 작용하는 부분에 제1 내지 제4 변각부(120, 130, 140, 150)가 배치되도록 하기 위한 것이다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인의 변형 저감구조체(100)의 제1 내지 제4 변각부(120, 130, 140, 150)는 도시된 바와 같이 배치될 수 있다.
제1 내지 제4 변각부(120, 130, 140, 150)는 도시된 바와 같이 사각형으로 형성될 수 있고, 도시되지 않았으나 삼각형 또는 부채꼴 형상으로 형성될 수도 있다. 다만, 제1 내지 제4 변각부(120, 130, 140, 150)는 도 3을 참조하여 설명했던 바와 같이, 슬로싱 현상에 의해 발생되는 힘이 주로 작용하는 위치를 포함하는 면적 및 형상을 갖도록 형성될 수 있다.
한편, 제1 변각부(120)에도 금속재 평판인 평면부(121), 평면부(121)에 형성된 복수의 대주름(122) 및 대주름(122)에 직교하는 방향으로 형성된 복수의 소주름(123)이 포함된다. 자세하게 도시되지는 않았으나, 제2 내지 제4 변각부(130, 140, 150)에도 제1 변각부(120)와 마찬가지로 평면부, 대주름 및 소주름이 포함된다.
여기서, LC1축은 제1 변각부(120)의 대주름(122)과 나란한 방향을 나타내고, SC1축은 제1 변각부(120)의 소주름(123)과 나란한 방향을 나타낸다. 또한, 자세하게 도시되지는 않았으나 LC2축, LC3축 및 LC4축은 제2 내지 제4 변각부(130, 140, 150)의 대주름과 나란한 방향을 각각 나타내며, SC2축, SC3축 및 SC4축은 제2 내지 제4 변각부(130, 140, 150)의 소주름과 나란한 방향을 각각 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인의 변형 저감구조체(100)에서, 제1 내지 제4 변각부(120, 130, 140, 150)의 대주름(122)은 도시되지 않은 선체의 길이방향과 나란한 방향, 즉 도면에 표시된 SC축 방향으로 배치되고, 소주름(123)은 이에 수직한 방향, 즉 LC축 방향으로 배치된다. 따라서, LC1축, LC2축, LC3축 및 LC4축의 방향은 LC축의 방향과 수직하고, SC1축, SC2축, SC3축 및 SC4축은 SC축의 방향과 수직하다.
상술한 바와 같이, 슬로싱 현상에 의한 힘(도 3의 F1 내지 F4)은 주로 상면측 멤브레인(110)의 대각선 방향으로 작용하는데, 화물창(도 1의 1)의 형상에 따라 그 힘(도 3의 F1 내지 F4)의 방향이 변경될 수 있다.
그런데, 상면측 멤브레인(110)이 도 5에 도시된 바와 같이 도시되지 않은 선체의 길이방향으로 긴 직사각형일 경우에는 제1 내지 제4 변각부(120, 130, 140, 150)에 각각 작용하는 힘(도 3의 F1 내지 F4)의 방향이 상기 선체의 길이방향에 대하여 45도 미만의 각도로 작용할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인의 변형 저감구조체(100)에서, 슬로싱 현상에 의한 힘(도 3의 F1 내지 F4)은 제1 내지 제4 변각부(120, 130, 140, 150)의 소주름(123)에 주로 작용하게 된다. 소주름(123)은 대주름(122)에 비해 외력에 의한 변형이 적으므로, 제1 내지 제4 변각부(120, 130, 140, 150)는 슬로싱 현상에 의한 힘(도 3의 F1 내지 F4)에 의한 변형 발생 가능성이 낮아지게 된다.
상면측 멤브레인(110)과 제1 내지 제4 변각부(120, 130, 140, 150)의 경계부에는 오버랩 피스(overlap piece, 125, 135, 145, 155)가 결합된다. 오버랩 피스(125, 135, 145, 155)는 액화가스가 유출되지 않도록 경계부를 밀폐하는데, 이에 대해서는 도 7을 참조하여 설명한다.
도 7에는 도 6에 B로 표시된 부분이 도시되어 있고, 도 8에는 도 7의 Ⅷ-Ⅷ 직선에 의한 단면이 도시되어 있으며, 도 9에는 도 7의 Ⅸ-Ⅸ 직선에 의한 단면이 도시되어 있다. 도 7 내지 도 9를 함께 참조하여 설명한다.
도 7을 참조하면, 오버랩 피스(125)에는 평판형의 평면부(126), 평면부(126)에 형성된 대주름 커버부(127) 및 대주름 커버부(127)에 연결 형성된 소주름 커버부(128)가 포함된다.
오버랩 피스(125)의 평면부(126)의 일측 가장자리는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 변각부(120)의 평면부(121)의 가장자리 부분을 커버하고, 대주름 커버부(127)는 제1 변각부(120)의 대주름(122)의 단부를 커버한다.
그리고 도 9에 도시된 바와 같이, 오버랩 피스(125)의 평면부(126)의 타측 가장자리는 상면측 멤브레인(110)의 평면부의 가장자리 부분을 커버하고, 소주름 커버부(128)는 상면측 멤브레인(110)의 소주름(113)을 커버한다.
오버랩 피스(125)는 상면측 멤브레인(110) 및 제1 변각부(120)와 동일한 재질로 제조되어, 상면측 멤브레인(110) 및 제1 변각부(120)에 용접될 수 있도록 한다. 즉, 오버랩 피스(125)의 일측 가장자리 부분이 제1 변각부(120)와 용접 결합(Wa)되고, 타측 가장자리 부분이 상면측 멤브레인(110)과 용접 결합(Wb)되도록 함으로써, 상면측 멤브레인(110) 및 제1 변각부(120)가 액밀(液密)을 유지하며 결합될 수 있도록 할 수있다.
오버랩 피스(125)는 프레스 가공 등에 의해 원하는 형상으로 형성할 수 있으므로, 결합되어야 할 경계부, 즉 상면측 멤브레인(110) 중 제1 변각부(120)가 형성되지 않은 부분 및 제1 변각부(120) 사이의 경계부의 형상에 밀착되도록 제조될 수 있다.
상면측 멤브레인(110) 및 제2 내지 제4 변각부(130, 140, 150) 사이의 경계부에 결합되는 오버랩 피스(135, 145, 155)는 상술한 오버랩 피스(125)와 구성 및 사용방법이 동일하므로, 중복되는 설명은 생략한다.
도 10에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멤브레인의 변형 저감구조체가 도시되어 있다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 멤브레인의 변형 저감구조체(200)에는 상면측 멤브레인(210) 및 상면측 멤브레인(210)에 형성된 제1 변각부(220)가 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 멤브레인의 변형 저감구조체(200)에는 도시되지 않은 제2 변각부, 제3 변각부 및 제4 변각부가 더 포함되는데, 이들에 대해서는 아래에서 다시 설명한다.
상면측 멤브레인(210)에는 금속재 평판인 평면부(211), 평면부(211)에 형성된 복수의 대주름(212) 및 대주름(212) 직교하는 방향으로 형성된 복수의 소주름(213)이 포함될 수 있다. 상면측 멤브레인(210)의 소주름(213)은 도시되지 않은 액화가스 운반선의 선체 길이방향과 나란하게 배치되고, 대주름(212)은 소주름(213)에 직교하게 배치된다.
여기서, LC축은 상면측 멤브레인(210)의 대주름(212)과 나란한 방향을, SC축은 상면측 멤브레인(210)의 소주름(213)과 나란한 방향을 각각 나타낸다.
제1 변각부(220)에도 금속재 평판인 평면부(221), 평면부(221)에 형성된 복수의 대주름(222) 및 대주름(222)에 직교하는 방향으로 형성된 복수의 소주름(223)이 포함된다. 제1 변각부(220)의 소주름(223)은 선체의 길이방향과 경사각을 형성한 방향, 즉 도면에 표시된 SC1축 방향으로 배치되고, 대주름(222)은 이에 수직한 방향, 즉 LC1축 방향으로 배치된다.
참고로, 도면에 표시한 α는 선체의 길이방향 및 소주름(223)의 방향(SC1)이 형성하는 각도를 나타낸 것으로, 이하 경사각이라 칭하기로 한다.
상술한 바와 같이 슬로싱 현상에 의한 힘(도 3의 F1 내지 F4)은 주로 상면측 멤브레인(210)의 가장자리 부분에서 대각선 방향으로 작용하는데, 이 힘(도 3의 F1 내지 F4)이 작용하는 방향은 화물창(도 1의 1)의 형상에 따라 달라질 수 있다.
예를 들어, 도시되지는 않았으나, 상면측 멤브레인(210)이 선체의 길이방향으로 긴 직사각형일 경우, 정사각형일 경우 및 선체의 길이방향에 수직한 방향으로 긴 직사각형일 경우 등을 가정하면, 슬로싱 현상에 의한 힘(도 3의 F1 내지 F4 참조)의 방향, 즉 경사각(α)은 상기 경우들에 따라 각각 변경될 수 있다. 이러한 힘(도 3의 F1 내지 F4)의 방향은 도시되지 않은 액화가스 운반선의 선체의 설계단계에서 시뮬레이션을 통해 구할 수 있다.
따라서, 제1 변각부(220)에 작용하는 슬로싱에 의한 힘(도 3의 F1)과 선체의 길이방향이 형성하는 각도와 경사각(α)이 수직을 형성하도록 할 경우, 즉 슬로싱에 의한 힘(도 3의 F1)이 작용하는 방향에 대해 소주름(223)의 방향(SC1)이 직각으로 배치되도록 할 경우, 제1 변각부(220)는 슬로싱 현상에 의한 힘(도 3의 F1)에 의한 변형 발생 가능성이 최소화 될 수 있다.
즉, 대주름(222)은 슬로싱 현상에 의한 힘(도 3의 F1)이 작용하는 방향과 나란한 방향이 되므로, 대주름(222)이 변형될 가능성이 최소화 될 수 있다. 따라서, 소주름(223)의 방향(SC1)이 선체의 길이방향과 형성하는 경사각(α)은 0도를 초과하고 90도 이하인 각도 범위에서 선택될 수 있다.
여기서, 도시되지 않은 제2 변각부, 제3 변각부 및 제4 변각부는, 제1 변각부(220)와 같이 슬로싱 현상에 의한 힘(도 3의 F2 내지 F4)이 작용하는 방향에 수직한 방향으로 소주름(도시되지 않음)이 각각 배치되도록 할 수 있다.
즉, 도시되지는 않았으나, 제2 변각부의 소주름은 선체의 길이방향과 나란한 축을 중심으로 제1 변각부(220)의 소주름(223)과 대칭이 되도록 배치하고, 제3 변각부의 소주름 및 제4 변각부의 소주름은 선체의 길이방향에 수직한 축을 중심으로 제2 변각부의 소주름 및 제1 변각부의 소주름과 각각 대칭이 되도록 배치하면, 슬로싱 현상에 의한 힘(도 3의 F2 내지 F4)에 의해 제2 내지 제4 변각부가 변형될 가능성이 최소화 될 수 있다.
참고로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 멤브레인의 변형 저감구조체(200)의 제1 내지 제4 변각부(220, 그 외는 도시되지 않음)는, 도 5를 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인의 변형 저감구조체(100)의 제1 내지 제4 변각부(120, 130, 140, 150)와 같이, 상면측 멤브레인(210)의 네 꼭지점 중 하나씩을 포함하는 위치에 형성될 수 있다.
그리고, 상면측 멤브레인(210)과 제1 변각부(220)의 경계부에는 오버랩 피스(225)가 각각 결합될 수 있다. 오버랩 피스(225)는 도 7 내지 도 9를 참조하여 설명한 오버랩 피스(125)와 같이, 일측 가장자리는 경계부에 인접한 제1 변각부(220)의 형상을 갖고 타측 가장자리는 경계부에 인접한 상면측 멤브레인(210)의 형상을 갖도록 제작된다. 이후 상면측 멤브레인(210) 및 제1 변각부(220) 사이가 밀폐되도록 결합될 수 있다.
도시되지 않은 제2 내지 제4 변각부와 상면측 멤브레인(210)의 경계부에도 이러한 오버랩 피스(도시되지 않음)가 각각 결합될 수 있다.
도 11에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 멤브레인의 변형 저감구조체가 도시되어 있다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 멤브레인의 변형 저감구조체(300)에는 제1 변각부(320), 제2 변각부(330), 제3 변각부(340) 및 제4 변각부(350)가 포함될 수 있다.
제1 내지 제4 변각부(320, 330, 340, 350)는 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인의 변형 저감구조체(도 5의 100)의 상면측 멤브레인(도 5의 110)의 네 꼭지점 중 하나씩을 포함하고, 이를 네 영역으로 분할하는 형상으로 각각 형성된다. 즉, 화물창(도 1의 1)의 사각형 상면 내측을 네 구역으로 분할하는 형상으로 결합된다.
자세히 도시되지는 않았으나, 제1 내지 제4 변각부(320, 330, 340, 350)에는 평면부에 형성된 복수의 대주름 및 대주름에 직교하는 방향으로 형성된 복수의 소주름이 각각 포함될 수 있다. 제1 내지 제4 변각부(320, 330, 340, 350)에 각각 표시된 LC1, LC2, LC3 및 LC4축 방향은 대주름의 방향과 각각 나란한 방향이고, SC1, SC2, SC3 및 SC4축 방향은 소주름의 방향과 각각 나란한 방향이다.
도시된 바와 같이, 제1 내지 제4 변각부(320, 330, 340, 350)의 소주름의 방향(SC1, SC2, SC3, SC4)은 도시되지 않은 액화가스 운반선의 선체 길이방향과 경사각을 각각 형성하며 배치된다.
참고로, 도면에 표시한 β는 선체의 길이방향 및 소주름의 방향(SC1)이 형성하는 경사각을 나타낸 것이다. 경사각(β)은 도 10을 참조하여 설명했던 경사각(α)과 마찬가지로, 0도를 초과하고 90도 이하인 각도 범위에서 선택될 수 있다.
따라서, 경사각(β)이 제1 내지 제4 변각부(320, 330, 340, 350)에 각각 작용하는 슬로싱에 의한 힘(도 3의 F1, F2, F3, F4) 및 선체의 길이방향이 형성하는 각도와 수직을 이루도록 할 경우, 즉 슬로싱에 의한 힘(도 3의 F1, F2, F3, F4)이 각각 작용하는 방향에 대해 제1 내지 제4 변각부의 소주름의 방향(SC1, SC2, SC3, SC4)이 각각 직각으로 배치되도록 할 경우, 제1 변각부(320, 330, 340, 350)는 슬로싱 현상에 의한 힘(도 3의 F1, F2, F3, F4)에 의한 변형 발생 가능성이 최소화 될 수 있다.
그리고, 제1 내지 제4 변각부(320, 330, 340, 350)의 경계부에는 오버랩 피스(325, 335, 345, 355)가 각각 결합될 수 있다. 오버랩 피스(325, 335, 345, 355)는 도 7 내지 도 9를 참조하여 설명한 오버랩 피스(125)와 같이, 양측 가장자리가 결합될 경계부의 형상을 갖도록 제조되어, 경계부가 밀폐되도록 결합될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 멤브레인의 변형 저감구조체(도 5의 100, 도 10의 200, 도 11의 300)는, 1차 방벽(도 1의 10) 중 화물창(도 1의 1)의 상면 내측 부분(10A)에 결합된 상면측 멤브레인(도 5의 110, 도 10의 210, 도 11의 310)에 각각 적용되는 것을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 사상은 다면체 형상을 갖는 화물창(도 1의 1)의 내측에 결합된 1차 방벽(도 1의 10) 중 어떤 면에도 적용될 수 있다.
따라서 모두 도시되지는 않았으나, 본 발명의 실시예들에 따른 멤브레인의 변형 저감구조체(도 5의 100, 도 10의 200, 도 11의 300)가 1차 방벽(도 1의 10) 중 화물창(도 1의 1)의 전면 내측 부분(10B) 또는 후면 내측 부분(도시되지 않음)에 적용되는 경우에는, 멤브레인이 팔각형 형상일 수 있다. 즉, 본 발명의 사상이 적용되는 멤브레인은 다각형 형상일 수 있다.
또한, 1차 방벽(도 1의 10) 중 화물창(도 1의 1)의 전면 내측 부분(10B) 또는 후면 내측 부분(도시되지 않음)에 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인의 변형 저감구조체(100)가 적용될 경우에는, 경사각(도 10의 α, 도 11의 β)의 기준이 앞에서 설명한 선체의 길이방향 대신 선체의 상하방향이 될 수 있다.
이는 화물창(도 1의 1)의 전면과 후면에 각각 형성된 대주름(도시되지 않음)의 방향 및 소주름의 방향은 선체의 길이방향에 대하여 수직한 동시에 선체의 상하방향과 소정의 각도를 형성할 수 있기 때문이다. 여기서, 선체의 상하방향은 앞에서 설명했던 액화가스가 평형상태를 유지할 때 액면과 수직한 방향으로 볼 수 있다.
한편, 이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 멤브레인의 변형 저감구조체(도 5의 100, 도 10의 200, 도 11의 300)는 각각 네 개의 변각부(도 5의 120, 130, 140, 150, 도 10의 220, 나머지는 도시되지 않음, 도 11의 320, 330, 340, 350)가 상면측 멤브레인(도 5의 110, 도 10의 210, 도 11의 310)의 네 꼭지점 영역에 각각 형성되는 것을 예로 들어 설명하였으나, 형성되는 변각부의 수는 필요에 따라 가감될 수 있다.
그리고, 변각부는 복수의 꼭지점 영역에 걸쳐 형성될 수도 있는데, 이때 변각부에는 멤브레인의 가장자리 및 꼭지점이 포함되도록 형성될 수도 있고 포함되지 않도록 형성될 수도 있다.
또한, 이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 다른 실시예(도 10의 200) 및 또 다른 실시예(도 11의 300)에서는 제2 변각부(도시되지 않음, 도 11의 330)는 선체의 길이방향을 기준으로 제1 변각부(도 10의 220, 도 11의 320)에 대칭하도록 형성되고, 제3 및 제4 변각부(도시되지 않음, 도 12의 340, 350)는 선체의 길이방향에 수직한 방향을 기준으로 제2 변각부(도시되지 않음, 도 11의 330) 및 제1 변각부(도 10의 220, 도 11의 320)에 각각 대칭하도록 형성되는 것을 예로 들어 설명하였으나, 변각부들의 경사각(도 10의 α, 도 11의 β 참고)은 서로 다르게 형성될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 멤브레인이 변형 저감구조체들은, 슬로싱 현상에 의한 힘이 작용하는 방향에 따라 대주름의 방향 및 소주름의 방향을 변경하여 멤브레인의 변형을 저감시킴으로써 화물창의 안전성을 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 따른 멤브레인의 변형 저감구조체에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
1: 화물창 10: 1차 방벽
110, 210: 상면측 멤브레인 120, 220, 320: 제1 변각부
130, 330: 제2 변각부 140, 340: 제3 변각부
150, 350: 제4 변각부
125, 135, 145, 155, 225, 325, 335, 345, 355: 오버랩 피스
α, β: 경사각

Claims (10)

  1. 선박의 선체에 설치되어 액화가스가 저장되는 화물창의 내측에 결합되고, 복수의 소주름 및 상기 소주름에 직교하는 복수의 대주름이 형성된 다각형 형상의 멤브레인의 변형 저감구조체로서,
    상기 멤브레인은, 상기 멤브레인의 복수의 꼭지점 영역 중 적어도 한 곳 이상의 영역에 형성된 변각부를 포함하고,
    상기 멤브레인 중 상기 변각부가 형성되지 않은 영역에서는 상기 소주름이 상기 선체의 길이방향 또는 상기 선체의 상하방향과 나란하게 배치되고, 상기 변각부에서는 상기 소주름이 상기 선체의 길이방향 또는 상기 선체의 상하방향과 수직한 방향으로 배치된 것을 특징으로 하는 멤브레인의 변형 저감구조체.
  2. 선박의 선체에 설치되어 액화가스가 저장되는 화물창의 내측에 결합되고, 복수의 소주름 및 상기 소주름에 직교하는 복수의 대주름이 형성된 다각형 형상의 멤브레인의 변형 저감구조체로서,
    상기 멤브레인은, 상기 멤브레인의 복수의 꼭지점 영역 중 적어도 한 곳 이상의 영역에 형성된 변각부를 포함하고,
    상기 멤브레인 중 상기 변각부가 형성되지 않은 영역에서는 상기 소주름이 상기 선체의 길이방향 또는 상기 선체의 상하방향과 나란하게 배치되고, 상기 변각부에서는 상기 소주름이 상기 멤브레인의 중심에서 꼭지점을 향하는 방향과 수직한 방향으로 배치된 것을 특징으로 하는 멤브레인의 변형 저감구조체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 멤브레인은 사각형 형상이고,
    상기 변각부는 상기 멤브레인의 네 꼭지점 영역에 각각 형성된 것을 특징으로 하는 멤브레인의 변형 저감구조체.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 멤브레인 중 상기 변각부가 형성되지 않은 영역과 상기 변각부의 경계부에 결합되어, 상기 경계부를 밀폐하는 오버랩 피스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 변형 저감구조체.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 변각부는, 사각형, 삼각형 및 부채꼴 중 어느 하나의 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 멤브레인 변형 저감구조체.
  6. 선박의 선체에 설치되어 액화가스가 저장되는 화물창의 내측에 결합되고, 복수의 소주름 및 상기 소주름에 직교하는 복수의 대주름이 형성된 다각형 형상의 멤브레인의 변형 저감구조체로서,
    상기 멤브레인은, 상기 멤브레인의 복수의 꼭지점 영역 중 적어도 한 곳 이상의 영역을 포함하며 상기 멤브레인을 복수의 영역으로 분할하는 형상으로 각각 형성된 복수의 변각부를 포함하고,
    상기 복수의 변각부에서는 상기 소주름이 상기 멤브레인의 중심에서 꼭지점을 향하는 방향과 수직한 방향으로 배치된 것을 특징으로 하는 멤브레인의 변형 저감구조체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 변각부는 상기 멤브레인의 복수의 꼭지점 중 적어도 하나를 각각 포함하도록 형성된 것을 특징으로 하는 멤브레인의 변형 저감구조체.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 멤브레인은 사각형 형상이고,
    상기 복수의 변각부는 상기 멤브레인의 네 꼭지점 중 하나씩을 포함하도록 상기 멤브레인을 네 영역으로 분할하는 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 멤브레인의 변형 저감구조체.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 변각부의 경계부에 각각 결합되어, 상기 경계부를 각각 밀폐하는 복수의 오버랩 피스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멤브레인의 변형 저감구조체.
  10. 삭제
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