KR101644341B1 - 화물창에 사용되는 방벽 보강부재 및 이를 이용하는 화물창 - Google Patents

Abstract

보강 주름부를 보강하는 화물창에 사용되는 방벽 보강부재 및 이를 이용하는 화물창이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 화물창에 사용되는 방벽 보강부재는 액화가스의 수용공간을 둘러싸고 평면부와 서로 교차하는 제1 주름부 및 제2 주름부와 교차부를 포함하는 방벽과, 방벽을 둘러싸며 액화가스를 외부로부터 단열하는 단열패널 어셈블리를 포함하는 화물창에 사용되는 것으로, 방벽의 평면부상에 결합되는 보강 평면부와, 보강 평면부와 연결되어 방벽의 제1 주름부 및 제2 주름부를 각각 수용할 수 있는 제1 보강 주름부 및 제2 보강 주름부를 포함하고, 제1 보강 주름부와 제2 보강 주름부의 교차부에는 방벽의 교차부를 수용공간으로 노출하는 교차부 수용홈이 마련된다.

Description

화물창에 사용되는 방벽 보강부재 및 이를 이용하는 화물창{REINFORCING MEMBER FOR PRIMARY BARRIER OF CARGO AND CARGO USING THE SAME}

본 발명은 화물창에 사용되는 방벽 보강부재 및 이를 이용하는 화물창에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 보강 주름부를 보강하는 화물창에 사용되는 방벽 보강부재 및 이를 이용하는 화물창에 관한 것이다.

액화천연가스는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 -162°C로 냉각해 그 부피를 6백분의 1로 줄인 무색 투명한 초저온 액체를 말한다.

이러한 액화천연가스가 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 액화천연가스를 해상으로 수송할 수 있는 액화천연가스 수송선박이 개발되었다.

그런데, 액화천연가스 수송선박에는 초저온상태로 액화시킨 액화천연가스를 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 -162°C 정도의 비등 온도를 갖기 때문에, 이러한 액화천연가스를 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 단열패널 구조로 설계되어야 한다. 이러한 액화천연가스 수송선박의 화물창은 그 구조에 따라 독립형(self-supporting) 방식과 멤브레인(membrane) 방식으로 구분할 수 있다.

액화천연가스가 단열패널 내부에 누설되는 경우 온도 증가에 따른 급격한 체적 팽창으로 인하여 화물창의 파손을 야기할 수 있다. 따라서 화물창 내부의 액화천연가스를 밀폐하기 위해 2단의 멤브레인 방벽(주방벽 및 보조방벽)을 구비한다.

액화천연가스 화물창은 복수의 방벽시트가 결합되어 멤브레인 방벽을 형성하는데 이들 방벽들은 극저온의 액화천연가스에 의하여 열수축이 발생하고, 열수축 발생 시 용접 부위가 열응력을 받아 파손될 수 있다.

이러한 문제 때문에, 방벽들은 낮은 면강성(In-plane Stiffness)을 갖기 위해 보강 주름부(corrugation)를 갖는다. 보강 주름부는 열수축 발생 시 일정량 변형됨으로써 용접 부위에서의 열응력을 줄여준다.

한국 공개특허공보 10-2012-0013233호(2012.02.14.)는 액화천연가스 저장 탱크 및 그의 제조방법에 대하여 개시하고 있다.

한국 공개특허공보 10-2012-0013233호(2012.02.14.)

본 발명의 실시예는 주름부가 저장유체의 충격에 의해 변형되는 것을 방지할 수 있는 화물창에 사용되는 방벽 보강부재 및 이를 이용하는 화물창을 제공하고자 한다.

또한, 제작 및 장착이 간편한 방벽 보강부재를 제공하고자 한다.

또한, 면강성을 확보할 수 있는 수 있는 방벽 보강부재를 제공하고자 한다.

또한, 슬로싱 하중 분포에 방벽 보강부재의 적용을 달리하는 방벽 보강부재를 이용하는 화물창을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스의 수용공간을 둘러싸고 평면부와 서로 교차하는 제1 주름부 및 제2 주름부와 교차부를 포함하는 방벽과, 상기 방벽을 둘러싸며 액화가스를 외부로부터 단열하는 단열패널 어셈블리를 포함하는 화물창에 사용되는 방벽 보강부재에 관한 것으로, 상기 방벽의 평면부상에 결합되는 보강 평면부와, 상기 보강 평면부와 연결되어 상기 방벽의 제1 주름부 및 제2 주름부를 각각 수용할 수 있는 제1 보강 주름부 및 제2 보강 주름부를 포함하고, 상기 제1 보강 주름부와 제2 보강 주름부의 교차부에는 상기 방벽의 교차부를 상기 수용공간으로 노출하는 교차부 수용홈이 마련되는 화물창에 사용되는 방벽 보강부재가 제공될 수 있다.

상기 제1 보강 주름부 및 제2 보강 주름부는 상기 방벽의 제1 주름부 및 제2 주름부가 액화가스의 충격에 의해 변형되는 것을 방지하기 위해 상기 제1 주름부 및 제2 주름부의 외부에 결합되는 화물창에 사용되는 방벽 보강부재가 제공될 수 있다.

상기 보강 평면부와 상기 제1 보강 주름부 및 제2 보강 주름부는 평면시트를 이용하는 방벽 보강부재가 제공될 수 있다.

상기 제1 주름부는 상기 제1 보강 주름부와 서로 이격되어 완충공간을 구비하고, 상기 제2 주름부는 상기 제2 보강 주름부와 서로 이격되어 완충공간을 구비하는 화물창에 사용되는 방벽 보강부재가 제공될 수 있다.

상기 보강 평면부는 평면부 관통홈을 포함하는 화물창에 사용되는 방벽 보강부재가 제공될 수 있다.

상기 제1 보강 주름부 및 제2 보강 주름부는 외면에 돌출 성형되는 릿지를 구비하는 화물창에 사용되는 방벽 보강부재가 제공될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 액화가스의 수용공간을 둘러싸고 평면부와 서로 교차하는 제1 주름부 및 제2 주름부와 교차부를 포함하는 방벽과, 상기 방벽을 둘러싸며 액화가스를 외부로부터 단열하는 단열패널 어셈블리를 포함하는 화물창에 있어서, 상기 방벽은 화물창에 수용되는 액상화물의 슬로싱 하중분포를 기반으로 저하중 영역과 고하중 영역으로 구획되고, 상기 구획된 영역 중 고하중 영역의 방벽에는, 상기 방벽의 평면부상에 결합되는 보강 평면부와, 상기 보강 평면부와 연결되어 상기 방벽의 제1 주름부 및 제2 주름부를 각각 수용할 수 있는 제1 보강 주름부 및 제2 보강 주름부를 포함하고, 상기 제1 보강 주름부와 제2 보강 주름부의 교차부에는 상기 방벽의 교차부를 상기 수용공간으로 노출하는 교차부 수용홈이 마련되는 방벽 보강부재가 설치되는 화물창이 제공될 수 있다.

상기 고하중 영역은 슬로싱 하중분포를 기반으로 복수의 구획된 영역을 포함하고, 상기 복수의 구획된 영역 중 하중이 큰 영역의 방벽에는 하중이 작은 영역에 설치되는 방벽 보강부재보다 두꺼운 두께의 방벽 보강부재가 설치되는 화물창이 제공될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 화물창에 사용되는 방벽 보강부재는 주름부를 수용할 수 있는 보강 주름부를 구비하도록 마련되어 방벽의 외면에 설치되므로, 기존에 제작된 화물창을 해체하지 않고도 장착이 가능하며, 열변형이 가능하면서도 주름부의 강성을 보강할 수 있다.

또한, 교차부에 대응하는 부분에 관통홀을 형성함으로써 복잡한 교차부의 형상에 관계없이 방벽 보강부재를 설치할 수 있어 제작이 용이할 수 있다.

또한, 시트 형상의 방벽 보강부재를 이용함으로써 저장유체의 수용용적을 확보할 수 있다.

또한, 시트를 프레스 공법에 의해 성형함으로써 제작 공정을 단순화 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 방벽 보강부재를 사용하는 화물창은 슬로싱 하중 분포에 따라 방벽 보강부재의 적용 여부를 달리하여 화물창의 무게 증가를 최소화하면서도 슬로싱 하중으로부터 주름부를 보호할 수 있다.

도 1은 액화가스 화물창의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 액화가스 화물창의 주방벽을 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2의 A 영역의 교차부를 나타내는 확대도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 방벽 보강부재가 설치된 모습을 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 4의 B 영역의 교차부를 나타내는 확대도이다.
도 6은 도 4의 분해사시도이다.
도 7은 도 4의 C-C 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방벽 보강부재가 설치된 모습을 나타내는 분해사시도이다.
도 9는 릿지가 포함된 방벽 보강부재가 설치된 모습을 나타내는 사시도이다.

이하에서는 본 발명의 실시예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

이하에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 액화가스 화물창의 구조를 나타내는 단면도이다. 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 화물창은 극저온의 액화가스(Liquefied gas)를 저장 및/또는 운반하는 데 사용할 수 있다. 액화가스는 기체를 냉각 또는 압축하여 액체로 만든 것으로, 액화천연가스(LNG: Liquefied Natural Gas)와, 액화석유가스(LPG: Liquefied Petroleum Gas)와, 디메틸에테르(DME: Dimethyl Ether)를 포함한다. 이하에서는 액화천연가스(LNG) 수송선박의 화물창을 일 예로 하여 설명하도록 한다.

도 1을 참고하면, 액화가스 수송선박의 화물창은 액화가스를 수용할 수 있는 공간을 둘러싸며 액화가스와 직접 접촉하는 주방벽(10)과, 주방벽(10)을 둘러싸며 액화가스를 외부로부터 단열하는 단열패널 어셈블리(20)와, 단열패널 어셈블리(20)를 둘러싸며 견고하게 지지하는 외벽(30)을 포함한다.

외벽(30)은 저장유체의 하중을 지지하며, 이너 헐(Inner hull)이 사용될 수 있다. 단열패널 어셈블리(20)는 단열성능의 향상 및 수선의 용이성 등의 목적으로 상부 단열패널(21)과 하부 단열패널(22)을 포함하는 2중 구조로 이루어지는 것이 일반적이며, 상부 단열패널(21)과 하부 단열패널(22) 사이에는 보조방벽(23)이 설치될 수 있다. 단열패널(21, 22)은 일반적으로 폴리우레탄폼(PUF, Polyurethane Form) 또는 강화 폴리우레탄폼(RPUF, Reinforced PUF) 등과 같이 단열성능이 우수하면서도 경량인 재료를 이용하여 극저온 상태의 유체로부터 선체를 보호할 수 있다.

주방벽(10)과 보조방벽(23)은 기밀성(또는 수밀성)을 최우선으로 하며, 인바 합금(INVAR), 스테인리스강(SUS), 또는 알루미늄 합금 등의 금속재료를 이용할 수 있으며, 때에 따라서는 리지드 트리플렉스(rigid triplex)와 서플 트리플렉스(supple triplex)가 사용될 수도 있다.

주방벽(10)은 저장유체가 수용되는 저장공간을 밀봉하기 위한 것으로, 기밀성이 요구된다. 액화가스는 비등점 이하의 극저온으로 유지될 수 있기 때문에 액체 상태로 저장되는 것이 보통이다. 그러나 온도 또는 압력의 변화에 따라 일부 액화가스의 기화가 발생할 수 있으며, 이 경우 화물창 내부의 압력은 크게 증가한다. 이러한 압력의 증가 등으로 주방벽(10)이 침투되는 경우에는 액체 또는 기체 상태의 액화가스가 단열패널 어셈블리(20)에 유입될 수 있다. 유입된 액화가스는 온도가 상승함에 따라 부피가 팽창하고, 단열패널 어셈블리(20)를 손상시키게 된다. 화물창의 손상은 수선에 막대한 시간과 비용을 지출케 하므로 방벽의 기밀성은 매우 중요하게 취급된다.

보조방벽(23)은 하부 단열패널(22)과 상부 단열패널(21) 사이에 마련되어 주방벽(10)이 침투되는 경우에도 하부 단열패널(22)을 보호할 수 있게 된다. 따라서, 상부 단열패널(21)만을 수선하면 되므로 수선에 요구되는 시간과 비용을 크게 절감할 수 있다.

하부 단열패널(22)은 외벽에 매스틱(mastic)(31) 등에 의해 접착되어, 결합과 동시에 충격을 완화할 수 있으며, 단열패널 어셈블리(20)에 변형의 여지를 주어 응력을 저감할 수 있다. 또한, 하부 단열패널(22)은 외벽(30)과 스터드 볼트(32) 등을 포함한 다양한 고정부재에 의해 결합될 수 있다.

단열패널(21, 22)의 상부와 하부에는 보강패널(24)이 마련될 수 있다. 보강패널(24)은 단열패널을 보강하는 것으로, 플라이우드(plywood) 등을 사용할 수 있으며, 에폭시 글루(epoxy glue) 등과 같은 접착제를 사용하여 단열패널에 부착한다.

보강패널(24) 중 하부 단열패널(22)과 외벽(30) 사이에 마련되는 보강패널(24d)은 외벽(30)과 하부 단열패널(22)의 결합을 견고하게 할 수 있다. 또한, 방벽(10, 23)과 단열패널(21, 22) 사이에 마련되는 보강패널(24a, 24b, 24c)은 방벽(10, 23)의 견고한 설치를 위한 결합부재(미도시)들을 설치할 수 있도록 하여 방벽(10, 23)의 설치를 용이하게 하고 방벽(10, 23)을 더욱 견고히 고정할 수 있다. 종래에는 단열패널(21, 22)과 방벽(10, 23)을 접착제를 이용하여 결합하였는데, 이 경우 열응력에 의하여 접착불량이 발생할 소지가 컸다. 따라서, 접착을 사용하지 않거나 접착과 더불어 용접 또는 기계적인 결합을 이용하여 단열패널(21, 22)과 방벽(10, 23)을 결합하는 경우 방벽(10, 23)의 고정이 더욱 견고해 질 수 있다. 따라서 용접 또는 기계적인 결합을 위한 결합부재들을 설치할 수 있도록 보강패널(24a, 24b, 24c)이 마련될 수 있다.

도 2는 액화가스 화물창의 주방벽을 나타내는 사시도이고, 도 3은 도 2의 A 영역의 교차부를 나타내는 확대도이다.

주방벽(10)은 다수의 방벽 시트가 결합되어 형성될 수 있으며, 기밀성을 유지하기 위하여 결합방법으로 용접이 사용될 수 있다. 주방벽(10)은 기밀성을 유지하면서도 열변형에 의한 수축 또는 신장이 용이하도록 서로 다른 방향으로 배열되는 제1 주름부(11)와 제2 주름부(12), 그리고 두 방향의 주름부가 교차하는 교차부(13)를 포함할 수 있다.

도면에는 수직하여 배치되는 두 방향의 주름부(11, 12)가 도시되어 있지만, 필요에 따라 세 방향 이상의 주름부를 포함할 수 있다. 일 예로, 세 방향의 주름부는 서로 60도의 각도를 두고 배치될 수 있다.

주방벽(10)은 극저온의 액화가스와 접촉하는 부분으로 저장공간의 온도 변화에 직접적으로 노출되어 있다. 주방벽의 열수축과 열팽창이 반복되면서 피로가 누적되어 파괴되거나 열수축 발생 시 용접 부위가 파손될 수 있다. 이러한 문제 때문에, 방벽들은 낮은 면강성(In-plane Stiffness)을 갖기 위해 주름부(corrugation)를 갖는다. 주름부는 열수축 발생 시 일정량 변형됨으로써 용접 부위에서의 열응력을 줄여준다.

주방벽(10)은 평면부(14)와 주름부(11, 12)와 교차부(13)를 포함한다. 주름부(11, 12)는 저장공간을 향해 돌출된 형상으로 단면이 2차 곡선 또는 3차 곡선 등의 형상을 할 수 있다. 또한, 주름부(11, 12)와 평면부(14)의 교차부에는 라운드부(14a)가 형성될 수 있다. 라운드부(14a)는 서로 다른 방향의 두 면이 만나는 모서리가 불연속점이 없이 곡면으로 처리되는 것을 의미한다. 라운드부(14a)가 마련됨으로써 주름부(11, 12)는 열변형이 계속되어도 피로파괴로부터 안전할 수 있다.

또한, 평면부(14)의 가상 연장면과 주름부(11, 12)의 사이 즉, 주름부(11, 12)의 하방에는 공간(15)이 마련될 수 있다. 이 공간(15)은 방벽(30)의 기밀 상태를 검사할 수 있는 검사 가스의 유로로 사용될 수 있다.

방벽(30)의 면 방향으로 작용하는 열응력은 두 방향의 주름부(11, 12)에 의해 해소될 수 있다. 즉, 주름부(11, 12)는 폭 방향으로 변형의 여지가 있기 때문에, 열응력에 대응할 수 있다. 제1 주름부(11)의 길이 방향으로 작용하는 열응력은 제2 주름부(12)의 신축성에 의해 해소되고, 제2 주름부(12)의 길이 방향으로 작용하는 열응력은 제1 주름부(11)의 신축성에 의해 해소될 수 있다.

이상으로, 주방벽(10)이 열응력에 의하여 피로파괴되는 것을 방지하기 위하여 주름부를(11, 12) 포함하는 것에 대하여 설명하였다. 그러나 주방벽(10)에는 열응력뿐만 아니라 액상화물의 슬로싱 충격이 직접적으로 전달되기 때문에, 주름부(11, 12)의 변형이 발생할 수 있다.

슬로싱(Sloshing)이란, 선박이나 부유식 구조물이 다양한 해상 상태에서 운동할 때 화물창 내에 수용된 액체 상태의 물질이 유동하는 현상을 말한다. 화물창 내부의 일부 영역에만 액체가 차 있을 경우, 액체의 유동에 의한 슬로싱에 의해 화물창 벽면과 천장은 심한 충격을 받게 되며 이를 슬로싱 충격(Sloshing impact)이라 한다. 이러한 슬로싱 충격에 의해 화물창의 단열패널 어셈블리(20, 도 1 참조) 등이 손상될 수 있는 문제가 발생한다.

슬로싱 현상은 선박 운항 중 선박의 동적 움직임에 의해 필연적으로 발생하는 것으로, 화물창은 슬로싱에 의한 하중을 견디기 위해 충분한 강도를 가지도록 설계되어야 한다. 특히, 방벽의 주름부(11, 12)는 저장공간을 향해 굴곡된 돌출 형상이며, 그 내부에 공간(15)이 형성되기 때문에 슬로싱 충격에 취약할 수 있다. 따라서, 주름부(11, 12)를 슬로싱 충격으로부터 보호하기 위해 방벽 보강부재(미도시)를 주름부 내부 공간(15)에 삽입하는 방법 등이 제안되고 있다. 그러나 방벽 보강부재를 삽입하는 경우 무게의 증가 정도가 클 뿐만 아니라 시공 및 수선 비용이 증가하는 문제가 있다. 또한, 삽입을 위해서는 설치된 주방벽(10)을 철거하여야 하기 때문에 기존에 제작된 화물창에는 적용되기 어려운 문제가 있다.

다음으로 도 4 내지 도 7을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 방벽 보강부재에 대하여 설명하기로 한다. 도 4는 방벽 보강부재가 설치된 모습을 나타내는 사시도이고, 도 5는 도 4의 B 영역의 교차부를 나타내는 확대도이며, 도 6은 도 4의 분해사시도이다. 또한, 도 7은 도 4의 C-C 단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 방벽 보강부재(100)는 주방벽(10)의 외부에 결합되어 주방벽(10)의 주름부(11, 12)가 슬로싱 충격에 의해 변형되는 것을 방지할 수 있다. 이 때, 방벽 보강부재(100)의 제작 용이성과 결합 용이성을 위해 주방벽(10)의 제작 방법과 동일한 방법에 의하여 제작될 수 있다. 주방벽(10)은 방벽시트를 프레스공법에 의해 성형하여 주름부(11, 12)를 형성한다. 이와 같이 방벽 보강부재(100)도 평면시트를 프레스공법에 의해 성형하여 보강 주름부(110, 120)를 형성한다.

방벽 보강부재(100)는 주방벽(10)의 평면부(14)에 대응하는 보강 평면부(140), 주방벽(10)의 제1 주름부(11) 및 제2 주름부(12)에 각각 대응하는 제1 보강 주름부(110) 및 제2 보강 주름부(120)를 포함한다. 보강 평면부(140)와 제1 보강 주름부(110) 및 제2 보강 주름부(120)는 하나의 평면시트를 이용하여 형성되기 때문에 서로 연결된다.

방벽 보강부재(100)는 주방벽(10)과 용접에 의해 결합할 수 있다. 방벽 보강부재(100)는 주방벽(10)과 마찬가지로 방벽시트를 성형하여 형성하기 때문에 방벽시트의 모서리를 주방벽(10)에 용접하는 방법을 이용하여 결합시킬 수 있다. 용접의 방법은 관련 기술분야에서 사용되는 다양한 용접방법이 사용될 수 있으며, 겹치기 용접 또는 맞대기 용접을 포함한다. 또한, 용접 품질을 향상시키면서도 작업편차를 줄여 균일한 품질을 얻기 위하여 레이저 용접을 이용할 수도 있다. 겹치기 용접, 맞대기 용접, 또는 레이저용접은 관련 기술분야에서 많이 알려진 기술이므로 자세한 설명을 생략하도록 한다. 다만, 본 발명의 실시예의 범위는 방벽 보강부재(100)와 주방벽(10)을 결합하는 데 용접 이외의 방법을 사용하는 경우를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1 보강 주름부(110) 및 제2 보강 주름부(120)는 제1 주름부(11) 및 제2 주름부(12)를 각각 수용할 수 있는 주름부 수용공간(150)을 포함한다. 주름부 수용공간(150)은 제1 주름부(11) 및 제2 주름부(12)의 외면에 일치하도록 마련되어 제1 보강 주름부(110) 및 제2 보강 주름부(120)는 각각 제1 주름부(11) 및 제2 주름부(12)의 외면에 접촉하여 결합할 수 있다. 보강 주름부(110, 120)가 주름부(11, 12)에 접하여 결합하는 경우, 주름부(11, 12)의 두께가 보강 주름부(110, 120)의 두께만큼 두꺼워지는 효과가 발생한다.

방벽시트의 두께가 두꺼울수록 굽힘강성이 향상된다. 다만, 방벽시트의 두께가 두꺼울수록 화물창의 무게가 증가하고 적재용량에 손실이 발생하며 화물창의 제조가격이 상승된다. 이러한 상반되는 요구조건을 절충하기 위하여 기존에 사용되는 화물창은 1.2mm 두께의 방벽시트를 사용하였지만, 슬로싱 충격을 많이 받는 고하중 영역에서는 주방벽(10)의 주름부(11, 12)의 변형이 발생할 수 있었다.

굽힘강성(D: Bending rigidity)과 방벽시트의 두께(t: thickness)와의 관계는 아래 수식에서 확인할 수 있다(E는 탄성계수(Elastic modulus)를, v는 포아송비(poisson ratio)를 나타냄).

E와 v는 재료에 따라 달라지는 물성이므로 굽힘강성(D)은 두께(t)의 변화와 관계있으며, 굽힘강성(D)은 두께(t)의 세제곱에 비례함을 알 수 있다. 즉, 약간의 두께 증가로 인하여 굽힘강성(D)을 크게 증대시킬 수 있는 효과를 가져올 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 방벽 보강부재(100)는 고하중 영역에만 설치 가능하다. 따라서 1.2mm 두께의 방벽시트를 이용하여 주방벽(10)을 제작하더라도, 고하중 영역에 방벽 보강부재(100)를 보강 설치함으로써 방벽 보강부재(100)의 두께만큼 굽힘강성이 증가하는 효과를 가져올 수 있다.

또한, 방벽 보강부재(100)가 주방벽(10)과 밀착하여 결합하더라도 두 부재의 면 사이에 접합이 이루어지지 않는다. 따라서, 주방벽(10)과 방벽 보강부재(100)는 각각 열응력에 대응한 열변형이 별도로 발생할 수 있다. 방벽시트의 두께가 두꺼울수록 굽힘강성이 증가하여 슬로싱 충격에 의해 변형되는 것을 방지할 수 있지만, 응력집중 정도가 증가하여 피로 수명이 줄어들 수 있다. 응력이 집중되는 정도와 소재의 두께와의 관계는 응력집중계수(K)에 관한 다음 식에서 알 수 있다.

방벽시트의 두께가 두꺼워질수록 주름부(11, 12) 외면이 같은 크기의 형상을 형성할 때 주름부(11, 12) 내면의 곡률반경()이 작아지게 되고, 그에 따라 응력집중계수(K)가 증가하게 된다. 따라서, 방벽시트의 두께가 두꺼워질수록 주름부(11, 12)에 집중되는 응력이 커지고 이는 방벽시트의 피로수명을 단축시키는 결과를 가져온다. 따라서, 슬로싱 하중만을 고려하여 주방벽(10)의 두께를 증가하는데 또 하나의 걸림돌로 작용할 수 있다.

그러나 본 발명의 방벽 보강부재(100)는 주방벽(10)의 두께를 증가하지 않으면서도 별도의 보강부재를 결합하여 사용하기 때문에 응력집중계수(K)의 증가가 발생하지 않는다. 이상으로 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 방벽 보강부재(100)는 주방벽(10)상에 결합됨으로써 굽힘강성(D)을 증가하면서도, 서로 접합이 이루어지지 않고 별개로 열변형이 이루어지기 때문에 응력집중계수(K)의 증가가 이루어지지 않아 피로수명을 보존할 수 있다.

방벽 보강부재(100)는 제1 보강 주름부(110)와 제2 보강 주름부(120)가 교차하는 부분에 교차부 수용홈(130)을 형성한다. 교차부 수용홈(130)은 주방벽(10)의 교차부(13)가 수용공간을 향해 노출되도록 관통된다. 주방벽(10)의 교차부(13)는 응력을 감소하기 위하여 많은 굴곡부를 포함할 수 있다(도 3의 교차부(13) 참고). 따라서 제조단가가 상승하고 공정시간이 증가할 수 있다. 그러나 본 발명의 방벽 보강부재(100)는 교차부 수용홈(130)을 통해 주방벽(10)의 교차부(13)를 노출하므로, 주방벽(10)의 교차부(13)에 대응하는 형상을 구비할 필요가 없다.

방벽 보강부재(100)의 성형방법에 대하여 간단히 설명하면, 평면시트 상태의 방벽시트에 미리 주방벽(10)의 교차부(13)에 대응하는 위치에 교차부 수용홈(130)을 관통 형성한다. 이 때 교차부 수용홈(130)의 모양은 도면과 같이 직사각형을 포함하여 원형 등 다양하게 마련될 수 있으며, 주방벽(10)에 결합 시 교차부(13)와 간섭이 발생하지 않도록 한다.

교차부 수용홈(130)이 관통 형성된 상태에서 프레스 공법에 의해 방벽 주름부(11, 12)를 형성함으로써 제작이 완료된다. 주방벽(10)과 같이 복잡한 형상의 교차부(13)를 형성하지 않아도 되기 때문에 성형틀의 제조가 단순해지고 제작단가가 내려간다. 또한, 프레스 공법의 난이도가 내려가기 때문에 제작이 용이하고 제작시간이 줄어든다. 또한, 단순한 형상으로 인하여 불량이 발생할 확률이 적어진다.

본 발명의 실시예에 따른 화물창은 화물창의 크기, 저장되는 화물의 무게, 그리고 화물의 운동성을 전반적으로 고려한 하중분포를 기반으로 분할 구획될 수 있다. 분할되는 구획은 2 이상의 구획일 수 있으나, 본 발명의 실시예에서는 저하중 영역과 고하중 영역의 2분할로 구획하여, 저하중 영역에는 주방벽(10)만을 이용하고, 고하중 영역에는 주방벽(10)에 방벽 보강부재(100)를 결합하여 이용한다. 그러나 필요에 따라 3 이상의 구획으로 분할할 수 있으며, 이 경우 방벽 보강부재(100)의 두께를 달리하여 보다 두꺼운 방벽 보강부재(100)를 보다 고하중이 작용하는 영역에 결합할 수 있다. 일반적으로 슬로싱 하중을 많이 받는 고하중 영역은 화물창의 바닥면과 접한 하부 챔퍼부분, 하부 챔퍼면과 접하는 수직면, 천장면 및 천장면과 접하는 상부 챔퍼부분, 그리고 상부 챔퍼면과 접하는 수직면을 포함할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 방벽 보강부재(100)는 보강 주름부(110, 120)가 주방벽(10)의 주름부(11, 12)와 서로 접촉하는 것을 도시하였다. 그러나 이와 달리, 방벽 보강부재(100)의 수용공간이 주름부(11, 12)의 외형보다 더 크도록 마련되어 주름부(11, 12)와 보강 주름부(110, 120) 사이에 완충공간이 마련될 수 있다. 완충공간 사이에는 교차부 수용홈(130)을 통해 저장유체가 수용될 수 있으며, 수용용적에는 큰 차이가 없다.

또한, 완충공간 사이에 수용되는 저장유체는 슬로싱 하중을 저감하는 완충재로써 작용한다. 슬로싱 충격이 발생하는 경우 일차적으로 방벽 보강부재(100)의 보강 주름부(110, 120)에 하중이 가해지고, 하중은 수용된 저장유체에 전달된다. 이 때, 일차적으로 보강 주름부(110, 120)에 의해 슬로싱 하중은 감소한다. 슬로싱 하중은 저장유체를 지나면서 2차적으로 감소되고, 감소된 슬로싱 하중이 주름부(11, 12)에 전달된다. 따라서, 보강 주름부(110, 120)가 주름부(11, 12)를 슬로싱 하중으로부터 보호할 수 있다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방벽 보강부재(101)가 설치된 모습을 나타내는 분해사시도이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 방벽 보강부재(101)는 보강 평면부(141)에 평면부 관통홈(160)이 형성될 수 있다. 주방벽(10)의 슬로싱 하중은 주름부(11, 12)에 집중적으로 작용하며, 평면부(14)에는 굴곡이 없기 때문에 슬로싱 하중의 영향을 크게 받지 않는다. 따라서, 주방벽(10)의 평면부(14)는 주름부(11, 12)와 비교할 때 보강부재의 필요성이 크지 않다. 따라서, 방벽 보강부재(101)의 보강 평면부(141)에 평면부 관통홈(160)을 형성하여 방벽 보강부재(101)의 제조 단가를 낮추고, 무게를 감소시킬 수 있다.

다른 실시예에 따른 방벽 보강부재(101)의 성형방법에 대하여 간단히 설명하면, 평면시트 상태의 방벽시트에 미리 주방벽(10)의 교차부(13)에 대응하는 위치에 교차부 수용홈(130)을 관통 형성하고, 동시에 보강 평면부(141)에 평면부 관통홈(160)을 형성한다. 이 때 평면부 관통홈(160)의 모양은 도면과 같이 직사각형을 포함하여 원형 등 다양하게 마련될 수 있다. 또한, 평면부 관통홈(160)은 교차부 수용홈(130)과 만나지 않을 수 있다. 평면부 관통홈(160)과 교차부 수용홈(130)이 만나는 경우 인접하는 제1 보강 주름부(110)와 제2 보강 주름부(120)가 서로 분리되게 된다. 따라서, 제1 보강 주름부(110)와 제2 보강 주름부(120)가 주방벽(10)으로부터 분리될 수 있으므로 용접 등에 의해 별도의 결합을 해줘야 하는 불편이 발생할 수 있다. 평면부 관통홈(160)이 교차부 수용홈(130)과 만나지 않는 경우 제1 보강 주름부(110)와 제2 보강 주름부(120)는 보강 평면부(141)에 의해 서로 연결되어 별도의 용접을 해주지 않더라도 주방벽(10)과 견고히 결합할 수 있다.

도 9는 릿지(170)가 포함된 방벽 보강부재(100)가 설치된 모습을 나타내는 사시도이다.

본 발명의 실시예에 따른 방벽 보강부재(100)는 릿지(170)(Ridge)를 포함할 수 있다. 릿지(170)는 보강 주름부(110, 120)의 길이방향으로 돌출되도록 마련된다. 길이방향으로 돌출된다는 의미는 보강 주름부(110, 120)의 길이방향에 대하여 측면에서 보았을 때 웨이브가 형성될 수 있다는 의미이다. 또한, 릿지(170)는 보강 주름부(110, 120)의 폭방향을 따라 형성될 수 있다. 도 9에서는 보강 주름부(110, 120)의 원주면에 연속하여 형성되는 릿지(170)를 도시하였지만, 이와 달리 단속적으로 형성되는 릿지(170)를 포함한다. 즉, 보강 주름부(110, 120)의 측면부에만 릿지(170)가 형성되는 것이 가능할 수도 있다.

또한, 두 개 이상의 릿지(170)가 보강 주름부(110, 120)의 길이방향으로 연속적으로 마련될 수 있다. 연속적으로 릿지(170)가 마련되는 경우 두 릿지(170) 사이에는 하나의 골이 형성될 수도 있다.

릿지(170)는 보강 주름부(110, 120)의 면강성을 증가시킬 수 있다. 면강성(in-plane stiffness)이란 면상 구조에서 중심 면내 방향으로 주어진 단위 변형에 대하여 생기는 면내 방향의 강성을 나타낸다. 따라서, 면강성이 증가한 방벽 보강부재(100)는 슬로싱에 대한 저항력이 증가하고, 보강 주름부(110, 120)를 변형으로부터 더 잘 보호할 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

10: 주방벽, 11: 제1 주름부,
12: 제2 주름부, 13: 교차부,
14: 평면부, 14a: 라운드부,
15: 공간, 20: 단열패널 어셈블리,
21: 상부 단열패널, 22: 하부 단열패널,
23: 보조방벽, 24: 보강패널,
30: 외벽, 31: 매스틱,
32: 스터드 볼트, 100: 방벽 보강부재,
110: 제1 보강 주름부, 120: 제2 보강 주름부,
130: 교차부 수용홈, 140, 141: 보강 평면부,
150: 주름부 수용공간, 160: 평면부 관통홈,
170: 릿지.

Claims (9)

1. 액화가스를 수용하는 수용공간을 둘러싸고 평면부와 서로 교차하는 제1 주름부 및 제2 주름부와 교차부를 포함하는 방벽과, 상기 방벽을 둘러싸며 액화가스를 외부로부터 단열하는 단열패널 어셈블리를 포함하는 화물창에 사용되는 방벽 보강부재에 관한 것으로,
   상기 방벽의 평면부를 덮도록 마련되는 보강 평면부와, 상기 보강 평면부와 연결되고 상기 방벽의 제1 주름부 및 제2 주름부를 각각 내측에 수용할 수 있는 제1 보강 주름부 및 제2 보강 주름부를 포함하고,
   상기 제1 보강 주름부와 상기 제2 보강 주름부가 교차하는 영역은 개구되어 교차부 수용홈을 형성하고, 상기 교차부 수용홈을 통해 상기 방벽의 교차부의 중심을 포함하는 일부 또는 상기 방벽의 교차부의 전체가 상기 수용공간으로 노출되는 화물창에 사용되는 방벽 보강부재.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 보강 주름부 및 제2 보강 주름부는 상기 방벽의 제1 주름부 및 제2 주름부가 액화가스의 충격에 의해 변형되는 것을 방지하기 위해 상기 제1 주름부 및 제2 주름부의 외부에 결합되고, 상기 보강 평면부를 지나 연결되는 화물창에 사용되는 방벽 보강부재.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 보강 평면부와 상기 제1 보강 주름부 및 제2 보강 주름부는 평면시트를 이용하는 화물창에 사용되는 방벽 보강부재.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제1 보강 주름부는 상기 제1 주름부와 서로 이격되어 완충공간을 구비하고,
   상기 제2 보강 주름부는 상기 제2 주름부와 서로 이격되어 완충공간을 구비하는 화물창에 사용되는 방벽 보강부재.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 보강 평면부는 평면부 관통홈을 형성하고, 상기 평면부 관통홈을 통해 상기 방벽의 평면부가 상기 수용공간으로 노출되는 화물창에 사용되는 방벽 보강부재.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제1 보강 주름부 및 제2 보강 주름부는 외면에 돌출 성형되는 릿지를 구비하는 화물창에 사용되는 방벽 보강부재.
7. 액화가스를 수용하는 수용공간을 둘러싸고 평면부와 서로 교차하는 제1 주름부와 제2 주름부, 및 상기 제1 주름부와 상기 제2 주름부가 교차하는 교차부를 포함하는 방벽과, 상기 방벽을 둘러싸며 액화가스를 외부로부터 단열하는 단열패널 어셈블리를 포함하는 화물창에 있어서,
   상기 방벽은 화물창에 수용되는 액상화물의 슬로싱 하중분포를 기반으로 저하중 영역과 고하중 영역으로 구획되고,
   상기 구획된 영역 중 고하중 영역의 방벽에는,
   상기 방벽의 평면부를 덮도록 마련되는 보강 평면부와, 상기 보강 평면부와 연결되고 상기 방벽의 제1 주름부 및 제2 주름부를 각각 내측에 수용할 수 있는 제1 보강 주름부 및 제2 보강 주름부를 포함하고,
   상기 제1 보강 주름부와 제2 보강 주름부가 교차하는 영역은 개구되어 교차부 수용홈을 형성하고, 상기 교차부 수용홈을 통해 상기 방벽의 교차부의 중심을 포함하는 일부 또는 상기 방벽의 교차부의 전체가 상기 수용공간으로 노출되는 방벽 보강부재가 설치되는 화물창.
8. 제7항에 있어서,
   상기 고하중 영역은 슬로싱 하중분포를 기반으로 복수의 구획된 영역을 포함하고, 상기 복수의 구획된 영역 중 하중이 큰 영역의 방벽에는 하중이 작은 영역에 설치되는 방벽 보강부재보다 두꺼운 두께의 방벽 보강부재가 설치되는 화물창.
9. 제7항에 있어서,
   상기 방벽의 교차부에서 상기 제1 보강 주름부 및 상기 제2 보강 주름부의 마루보다 높은 형상은 상기 교차부 수용홈의 내부에 수용되어 상기 수용공간을 향해 돌출되는 화물창.

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