KR101433101B1 - Ｌｎｇ 화물창의 단열 구조물 - Google Patents

Abstract

LNG 화물창의 단열 구조물이 개시된다. 본 발명의 LNG 화물창의 단열 구조물은, LNG 저장탱크의 단열벽을 형성하기 위한 LNG 화물창의 단열 구조물에 있어서, 내부에 마련되는 수직부재가 제거된 박스 몸체; 및 박스 몸체의 내부에 채워지는 복수의 글래스 버블(glass bubble)을 포함한다.

Description

ＬＮＧ 화물창의 단열 구조물{INSULATION STRUCTURE OF LNG CARGO HOLD}

본 발명은 LNG 화물창의 단열 구조물에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 LNG 화물창에 저장된 액화천연가스(LNG)를 단열시키는 단열 구조물에 관한 것이다.

천연가스는 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는 액화된 액화천연가스(LNG)의 상태로 LNG 수송선에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다. 액화천연가스는 천연가스를 극저온(대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태의 천연가스일 때보다 그 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.

LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 LNG를 하역하기 위한 LNG 수송선이나, 마찬가지로 LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 도착한 후 저장된 LNG를 재기화하여 천연가스 상태로 하역하는 LNG RV(Regasification Vessel)는, 액화천연가스의 극저온에 견딜 수 있는 저장탱크(흔히, '화물창'이라고 함)를 포함한다.

최근에는 LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading)나 LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)와 같은 부유식 해상 구조물에 대한 수요가 점차 증가하고 있으며, 이러한 부유식 해상 구조물에도 LNG 수송선이나 LNG RV에 설치되는 화물창이 포함된다.

LNG FPSO는, 생산된 천연가스를 해상에서 직접 액화시켜 화물창 내에 저장하고, 필요시 이 화물창 내에 저장된 LNG를 LNG 수송선으로 옮겨싣기 위해 사용되는 부유식 해상 구조물이다.
또 LNG FSRU는 육상으로부터 멀리 떨어진 해상에서 LNG 수송선으로부터 하역되는 LNG를 화물창에 저장한 후 필요에 따라 LNG를 기화시켜 육상 수요처에 공급하는 부유식 해상 구조물이다.

이와 같이 LNG와 같은 액체화물을 해상에서 수송하거나 보관하는 LNG 수송선, LNG RV, LNG FPSO, LNG FSRU 등의 해상 구조물 내에는 LNG를 극저온 상태로 저장하기 위한 화물창이 설치되어 있다.

화물창은 단열재에 화물의 하중이 직접적으로 작용하는지 여부에 따라 독립탱크형(Independent Tank)과 멤브레인형(Membrane Type)으로 분류할 수 있다.
통상 멤브레인형 화물창은 GTT NO 96형과 TGZ Mark Ⅲ형과 CS1형으로 나눠지며, 독립탱크형 화물창은 MOSS형과 IHI-SPB형으로 나눠진다.

전술된 GTT형 및 TGZ형 화물창 구조는 미국 특허 제 6,035,795 호, 제 6,378,722 호, 제 5,586,513 호 및 미국 특허공개 제 2003-0000949 호 등과, 대한민국 특허공개 제 10-2000-0011347 호 및 제 10-2000-0011346 호 등에 기재되어 있다.

GTT NO 96형의 저장탱크는, 0.5 ~ 1.5㎜ 두께의 인바(Invar) 강으로 이루어지는 1차 밀봉벽 및 2차 밀봉벽과, 플라이우드 박스 및 펄라이트(perlite) 등으로 이루어지는 1차 단열벽 및 2차 단열벽이, 선체의 내부표면 상에 번갈아 적층 설치되어 이루어진다.

GTT NO 96형의 경우, 1차 밀봉벽 및 2차 밀봉벽이 거의 같은 정도의 액밀성 및 강도를 갖고 있어 1차 밀봉벽의 누설시 상당한 기간 동안 2차 밀봉벽만으로도 화물을 안전하게 지탱할 수 있다. 또한 GTT NO 96형의 밀봉벽은 멤브레인(Membrane)이 직선형이므로 TGZ Mark Ⅲ형의 파형 멤브레인보다 용접이 간편하여 자동화율은 높으나, 전체적인 용접장은 TGZ Mark Ⅲ형보다 길다.

GTT NO 96 타입의 단열 시스템은, 전술한 바와 같이 인바 강(36% 니켈강)과 펄라이트 및 플라이우드로 제작된 단열박스가 2개의 층으로 적층되어 이루어지며, 플라이우드는 단열박스의 구조 재료로 사용되고 있다.

플라이우드는 특성상 강에 비해 단열효과가 높고 열변형에 우수한 성질을 가지지만 강도가 약해, 저장탱크 내부의 LNG가 유동함으로써 발생하는 슬로싱 현상에 의한 충격으로 파손될 우려가 있고, 이를 보완하기 위해 박스 몸체의 내부에는 복수의 수직부재가 마련된다.

또한 복수의 수직부재 외에 강화 폴리우레탄(Reinforced Polyurethane foam)을 마련하여 강도를 보강하나, 강화 폴리우레탄을 사용하는 경우 통기에 대한 문제가 발생한다. 한편 단열박스의 내부에 펄라이트를 채워 단열성능을 확보할 수 있으나 펄라이트는 강도와 무관한 단점이 있다.

따라서 전술한 방법 이외에 화물창의 단열 성능을 확보하면서 요구되는 압축 강도를 만족시킬 수 있는 새롭고 진보된 타입의 단열박스의 개발이 요구된다.

한국특허공개공보 제2010-0134878호(에스티엑스조선해양 주식회사) 2010. 12. 24.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 단열재로써 글래스 버블을 채택하여 종래의 단열박스의 구조를 단순화하면서도 요구되는 단열성능 및 압축강도를 만족시킬 수 있는 LNG 화물창의 단열 구조물을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, LNG 저장탱크의 단열벽을 형성하기 위한 LNG 화물창의 단열 구조물에 있어서, 내부에 마련되는 수직부재가 제거된 박스 몸체; 및 상기 박스 몸체의 내부에 채워지는 복수의 글래스 버블(glass bubble)을 포함하는 LNG 화물창의 단열 구조물이 제공될 수 있다.

상기 박스 몸체의 내부는 진공으로 유지될 수 있다.

상기 단열 구조물은, 상기 LNG 저장탱크에 저장된 액화천연가스를 1차적으로 단열시키는 1차 단열박스; 및 상기 액화천연가스를 2차적으로 단열시키는 2차 단열박스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 박스 몸체는 상기 LNG 저장탱크에 복수로 마련되며, 복수로 마련되는 상기 박스 몸체의 측면부는 상호 접촉 지지될 수 있다.

상기 박스 몸체는 플라이우드, 폴리카보네이트 또는 테프론 재질 중 어느 하나의 재질로 제작될 수 있다.

또한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, LNG를 저장할 수 있는 LNG 화물창에 있어서, 전술한 단열박스에 의해 형성된 단열벽을 가지는 LNG 화물창이 제공될 수 있다.

본 발명의 실시예들은, 글래스 버블을 단열재로 채택하여 종래의 단열박스의 구조를 단순화시킬 수 있고, 화물창의 단열성능 및 압축강도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 화물창의 단열 구조물을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 실시예에 사용된 글래스 버블과 다른 입자형 단열재의 진공압에 따른 열전도도를 나타낸 그래프이다.
도 3은 도 1에 도시된 단열 구조물을 선체에 설치하는 경우 박스 몸체의 사이드 측벽이 굽힘 하중에 의해 파손되는 것을 방지하기 위해 복수의 박스 몸체가 서로 지지되도록 배치된 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 LNG 화물창의 단열 구조물이 적용된 LNG 화물창을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 도 4의 "A" 영역을 확대 도시한 도면이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 화물창의 단열 구조물을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 실시예에 사용된 글래스 버블과 다른 입자형 단열재의 진공압에 따른 열전도도를 나타낸 그래프이고, 도 3은 도 1에 도시된 단열 구조물을 선체에 설치하는 경우 박스 몸체의 사이드 측벽이 굽힘 하중에 의해 파손되는 것을 방지하기 위해 복수의 박스 몸체가 서로 지지되도록 배치된 상태를 도시한 도면이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 LNG 화물창의 단열 구조물(1)은, 내부에 마련되는 수직부재가 제거된 박스 몸체(10)와, 박스 몸체(10)의 내부에 채워지는 복수의 글래스 버블(20, glass bubble)을 구비한다.

박스 몸체(10)의 내부에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 일 실시예에서 압축강도와 좌굴강도 등을 보강하기 위해 사용되는 수직부재(111, 도 5 참조)가 설치되지 않는다.

본 실시 예는 박스 몸체(10)의 내부에 채워지는 후술하는 복수의 글래스 버블(20)에 의해 강도가 보강되고, 요구되는 강도를 만족시킬 수 있으므로 종래의 수직부재를 박스 몸체(10)의 내부에 별도로 또는 제작시에 설치할 필요가 없다.

따라서 단열박스의 제작이 종래에 비해 간단해져 제작 공정 및 제조 단가를 줄일 수 있는 이점이 있다.

그리고 본 실시 예에서 박스 몸체(10)의 내부는 진공으로 유지될 수 있는 데, 이 경우 자세히 후술하겠지만 글래스 버블(20)의 단열 성능을 향상시킬 수 있다.

또한 본 실시예는 글래스 버블(20)에 의해 강도가 보강되므로 박스 몸체(10) 자체를 강도를 요하는 재질 보다는 액화천연가스로 인한 취성을 방지하기 위한 초저온 재료로 제작될 수 있다.

즉 본 실시 예에서 박스 몸체(10)는 플라이우드, 폴리카보네이트 또는 테프론 재질 중 어느 하나의 재질로 제작될 수 있다.

한편 박스 몸체(10)의 내부에는 복수의 글래스 버블(20)이 채워지고, 복수의 글래스 버블(20)은 압축강도가 높더라도 분말 형태이기 때문에 액화천연가스와 같은 화물에 의해 하중이 발생되면 사방으로 흩어져 박스 몸체(10)의 사이드 측벽에 굽힘 하중이 발생되어 박스 몸체(10)의 측벽이 파손될 수 있다.

본 실시 예는 화물의 굽힘 하중에 의해 박스 몸체(10)의 사이드 측벽이 파손되는 것을 방지하기 위해, 도 3에 도시된 바와 같이, 인접하는 박스 몸체(10)의 사이드 측벽간의 갭(t)을 최소로 하여 양자간 서로 근접지지되도록 선체에 배치될 수 있다. 한편 박스 몸체(10)는 커플러와 같은 고정부재(F)에 의해 상호 고정될 수 있다.

글래스 버블(20)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 박스 몸체(10)의 내부에 채워져 박스 몸체(10)의 압축강도와 좌굴강도를 증가시킴과 더불어 단열 성능을 유지시키는 역할을 한다. 글래스 버블(20)은 3차원의 중공구조의 구형(Microsphere)으로서 소다석회 붕규산염(Soda-lime borosilicate)을 주성분으로 한 충진제의 한 종류로, 입자의 크기는 14 ~ 135㎛이며 비중은 0.125 ~ 0.6g/㎤이다.

그리고 글래스 버블(20)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 진공압에서 다른 입자형 분말인 펄라이트나 에어로겔 보다 낮은 열전도도를 가져 단열성능이 뛰어남을 알 수 있다.

또한 펄라이트나 에어로겔은 글래스 버블(20)과 같은 압축 강도를 가질 수 없어 글래스 버블(20)을 대체하기에는 한계가 있다. 나아가, 박스 몸체(10)의 내부를 진공 상태로 만들면 해당 공간의 구조에 압력차로 인해 하중이 발생하게 되어 더 높은 강도를 요하므로 펄라이트나 에어로겔로 글래스 버블(20)을 대체하기에는 더욱 무리가 있다.

한편 본 실시예에 따른 단열박스는 상대적으로 단열면적이 적은 1차 단열공간(1차 단열박스)에 적용하는 것이 그 단열효과나 사용량 측면에서 유리하나 이에 한정되지 않고 액화천연가스를 2차적으로 단열시키는 2차 단열공간(2차 단열박스(110))에도 적용될 수 있다.

도 4는 도 1에 도시된 LNG 화물창의 단열 구조물이 적용된 LNG 화물창을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 5는 도 4의 "A" 영역을 확대 도시한 도면이다.

본 실시 예에 따른 단열박스(1)는, 도 4에 도시된 LNG 화물창(100)의 바닥부, 측벽부 및 천장부 모두에 마련될 수 있고, 도 5에 도시된 바와 같이, 액화천연가스를 1차적으로 단열시키는 1차 단열박스로 사용될 수 있다.

그리고 본 실시예에 따른 화물창(100)은 액화천연가스를 2차적으로 단열시키는 2차 단열박스(110)를 그 내부에 수직부재(111)가 마련되며 펄라이트(P)가 채워진 단열박스로 사용할 수도 있다. 또한 2차 단열박스(110)의 사이에는 경질 단열재(RI)가 마련될 수 있고, 2차 단열박스(110)의 내부 공간은 진공이 아닌 상압으로 유지할 수 있다.

여기서 미 설명도면 부호 M1은 액화천연가스를 1차적으로 밀봉시키는 1차 밀봉벽이고, M2는 액화천연가스를 2차적으로 밀봉시키는 2차 밀봉벽이며, H는 선체의 내벽이다.

이상에서 살펴 본 바와 같이 본 실시예는 글래스 버블을 단열재로 채택하여 종래의 단열박스의 구조를 단순화시킬 수 있고, 화물창의 단열성능 및 압축강도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

1 : LNG 화물창의 단열 구조물 10 : 박스 몸체
20 : 글래스 버블 100 : 화물창
110 : 2차 단열박스 111 : 수직부재
F : 고정부재 H : 선체의 내벽
M1 : 1차 밀봉벽 M2 : 2차 밀봉벽
P : 펄라이트

Claims (6)

1. LNG 저장탱크의 단열벽을 형성하기 위한 LNG 화물창의 단열 구조물에 있어서,
   내부에 마련되는 수직부재가 제거된 박스 몸체와, 상기 박스 몸체의 내부에 채워지는 복수의 글래스 버블(glass bubble)을 갖는 1차 단열박스; 그리고
   내부에 수직부재가 마련되며, 상기 수직부재 사이에 단열재가 채워지는 2차 단열박스;를 포함하되,
   상기 1차 단열박스는 1차 밀봉벽과 2차 밀봉벽 사이에 위치하고, 상기 2차 단열박스는 선체 내벽과 상기 2차 밀봉벽 사이에 위치하며, 상기 2차 단열박스 사이에는 경질 단열재가 구비되는 것을 특징으로 하는 LNG 화물창의 단열 구조물.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 박스 몸체의 내부는 진공으로 유지되는 것을 특징으로 하는 LNG 화물창의 단열 구조물.
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 박스 몸체는 상기 LNG 저장탱크에 복수로 마련되며,
   복수로 마련되는 상기 박스 몸체의 측면부는 상호 접촉 지지되는 것을 특징으로 하는 LNG 화물창의 단열 구조물.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 박스 몸체는 플라이우드, 폴리카보네이트 또는 테프론 재질 중 어느 하나의 재질로 제작되는 것을 특징으로 하는 LNG 화물창의 단열 구조물.
6. LNG를 저장할 수 있는 LNG 화물창에 있어서,
   상기 청구항 1, 2, 4 및 5 중 어느 한 항에 기재된 단열 구조물에 의해 형성된 단열벽을 가지는 LNG 화물창.

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