KR101702527B1 - 액화천연가스 저장탱크의 용접 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고정부를 기준으로 상하 및 좌우에 제1 방향으로 배열된 복수의 주름부를 포함하는 멤브레인 시트를 단열벽에 용접하기 위한 용접 장치에 관한 것으로, 멤브레인 시트의 상부에 상기 제1 방향과 나란한 방향으로 설치된 레일부; 레일부를 따라 주행하는 캐리지; 캐리지를 레일부를 따라 주행시키는 구동부; 멤브레인 시트를 단열벽 상에 용접하기 위한 용접 토치를 갖는 용접부; 및 용접 토치를 캐리지를 중심으로 회동시키는 회동부를 포함한다. 본 발명의 실시 예에 의하면, 액화천연가스 화물창 등의 단열벽에 멤브레인 시트를 용접 시 멤브레인 시트의 용접을 위한 용접 캐리지를 용접면을 따라 가이드하기 위한 레일을 재설치하는 일 없이, 단열벽에 멤브레인 시트의 양측 용접면을 연속적으로 용접할 수 있다.

Description

액화천연가스 저장탱크의 용접 장치{WELDING APPARATUS OF LIQUIFIED NATURAL GAS CARGO TANK}

본 발명은 용접 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액화천연가스 저장탱크의 방벽 제조를 위해 단열벽에 멤브레인 시트(membrane sheet)를 용접하기 위한 액화천연가스 저장탱크의 용접 장치에 관한 것이다.

액화천연가스(liquified natural gas, LNG)는 메탄을 주성분으로 하는 천연가스를 -163℃로 냉각하여 부피를 1/600으로 줄인 액체이다. LNG를 저장하는 LNG 저장탱크는 천연가스의 액화 유지를 위해 초저온에 견딜 수 있는 구조 및 재료로 제작된다. 액화천연가스 저장탱크에서 방벽은 기계적 하중, LNG 압력과 액하중을 받는 동시에 -163℃의 초저온 액체와 접촉하기 때문에, 온도 하중에 안전하게 견디고 LNG 누설을 방지할 수 있도록 특수 구조로 설계된다. 예컨대, 한국가스공사에서 개발한 KC-1 화물창은 코러게이션(corrugation) 구조를 갖는 멤브레인 시트(membrane sheet)를 단열벽에 용접시킨 구조로 설계된다.

본 발명은 액화천연가스 화물창의 단열벽에 멤브레인 시트를 용접 시 멤브레인 시트의 용접을 위한 용접 캐리지를 용접면을 따라 가이드하기 위한 레일을 재설치하는 일 없이, 단열벽에 멤브레인 시트의 양측 용접면을 연속적으로 용접할 수 있는 용접 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 액화천연가스 화물창의 단열벽에 멤브레인 시트를 용접 시 멤브레인 시트의 용접을 위한 용접 캐리지를 용접면을 따라 가이드하기 위한 레일을 멤브레인 시트의 용접면과 나란한 방향으로 설치하여 용접을 수행할 수 있는 용접 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 용접 장치는 고정부를 기준으로 상하 및 좌우에 제1 방향으로 배열된 복수의 주름부를 포함하는 멤브레인 시트를 단열벽에 용접하기 위한 용접 장치로서, 상기 멤브레인 시트의 상부에 상기 제1 방향과 나란한 방향으로 설치된 레일부; 상기 레일부를 따라 주행하는 캐리지; 상기 캐리지에 설치되고, 상기 캐리지를 상기 레일부를 따라 주행시키는 구동부; 상기 캐리지에 설치되고, 상기 멤브레인 시트를 상기 단열벽 상에 용접하기 위한 용접 토치를 갖는 용접부; 및 상기 캐리지에 설치되고, 상기 용접 토치를 상기 캐리지를 중심으로 회동시키는 회동부를 포함한다.

상기 복수의 주름부는, 상기 고정부를 기준으로, 상측과 하측에 각각 배열된 제1 주름부, 좌측에 배열된 제2 주름부 및 우측에 배열된 제3 주름부를 포함하고, 상기 레일부는, 레일; 및 상기 제1 주름부 및 상기 제2 주름부의 측면과 상기 멤브레인 시트의 상면에 접하도록 상기 레일의 좌측 하부에 형성된 제1 가이드부재와, 상기 제1 주름부 및 상기 제3 주름부의 측면과 상기 멤브레인 시트의 상면에 접하도록 상기 레일의 우측 하부에 형성된 제2 가이드부재를 포함하는 가이드부를 포함할 수 있다.

상기 제1 가이드부재 및 상기 제2 가이드부재는 반원 형상을 가질 수 있다.

상기 레일은 상기 고정부의 고정 볼트와 체결을 위한 체결공을 가질 수 있다.

상기 용접 장치는 상기 캐리지에 설치되고, 상기 용접 토치를 승강시키는 승강부를 더 포함하고, 상기 용접부는, 상기 캐리지에 설치되어 상기 멤브레인 시트의 용접면으로 연장되는 고정판; 상기 고정판의 말단측에 상기 용접 토치를 지지하는 지지부재; 및 상기 지지부재에 설치되고, 상기 용접 토치를 회전시키는 회전부재를 포함할 수 있다.

상기 회동부는, 상기 지지부재를 회동시켜 상기 용접 토치를 상기 캐리지를 중심으로 회동시키는 회동부재를 포함하고, 상기 회동부재는 상기 용접 토치를 상기 멤브레인 시트의 상기 제2 주름부 측의 제1 용접면과, 상기 멤브레인 시트의 상기 제3 주름부 측의 제2 용접면 사이에서 회동시킬 수 있다.

본 발명의 실시 예에 의하면, 액화천연가스 화물창의 단열벽에 멤브레인 시트를 용접 시 멤브레인 시트의 용접을 위한 용접 캐리지를 용접면을 따라 가이드하기 위한 레일을 재설치하는 일 없이, 단열벽에 멤브레인 시트의 양측 용접면을 연속적으로 용접할 수 있다.

또한 본 발명의 실시 예에 의하면, 액화천연가스 화물창의 단열벽에 멤브레인 시트를 용접 시 멤브레인 시트의 용접을 위한 용접 캐리지를 용접면을 따라 가이드하기 위한 레일을 멤브레인 시트의 용접면과 나란한 방향으로 설치하여 용접을 수행할 수 있다.

본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 액화천연가스 저장탱크가 설치된 선박을 예시적으로 보여주는 단면도이다.
도 2는 도 1의 'A'부분을 확대하여 보여주는 도면이다.
도 3은 액화천연가스 저장탱크의 일부를 상세하게 도시한 평면도이다.
도 4와 도 5는 도 3의 'Ⅰ-Ⅰ'선 및 'Ⅱ-Ⅱ'선에 따른 단면도이다.
도 6은 액화천연가스 저장탱크의 방벽을 보여주는 사시도이다.
도 7은 액화천연가스 저장탱크의 방벽을 이루는 1차 방벽과 2차 방벽 사이에 개재된 스페이서를 보여주는 부분절개 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 용접 장치(200)가 액화천연가스 저장탱크의 방벽 상에 설치된 것을 보여주는 측면도이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 용접 장치(200)의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 공지된 구성에 대한 일반적인 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 생략될 수 있다. 본 발명의 도면에서 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 가급적 동일한 도면부호가 사용된다. 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 도면에서 일부 구성은 다소 과장되거나 축소되어 도시될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 액화천연가스 저장탱크(10)가 설치된 선박(1)을 예시적으로 보여주는 단면도이고, 도 2는 도 1의 'A'부분을 확대하여 보여주는 도면이다. 액화천연가스 저장탱크(10)는 초저온의 액화천연가스를 적재하기 위해 도 1에 도시된 바와 같이 선박(1)의 내부 공간에 구비될 수 있다. 선박(1)은 외형을 형성하는 외부벽(16)과, 그 내부에 형성된 내부벽(12)의 이중구조를 갖는 선체로 이루어질 수 있다.

선박(1)의 내부벽(12)과 외부벽(16)은 연결리브(13)에 의해 연결되어 일체로 형성될 수도 있고, 경우에 따라 내부벽(12)이 존재하지 않은 단일구조의 선체로 이루어질 수도 있다. 한편, 선박(1)의 상부만 단일층의 갑판으로 형성될 수도 있으며, 그 외형은 선박(1)의 크기 또는 저장용량 등의 차이에 따라 다양한 형태로 변형될 수 있다. 내부벽(12)의 내부는 격벽(14)에 의하여 분할될 수 있다. 격벽(14)에는 코퍼댐(coffer dam)이 형성될 수도 있다.

방벽(150)은 저장탱크(10)에 저장된 액화천연가스(LNG)를 액밀하는 것으로, 초저온 LNG와 접하고, LNG 선하적에 따른 온도 변화에 대응하기 위하여 주름부들(corrugation parts)이 형성될 수 있다. 방벽(150)은 다수의 앵커 구조체(130)에 의하여 선박(1)의 내부벽(12) 또는 격벽(14)에 연결될 수 있다. 방벽(150)과 저장탱크(10)를 구성하는 내부벽(12) 사이에는 단열벽의 층을 구성하는 모듈인 단열벽 구조체(120, 130, 140)가 위치한다.

단열벽 구조체(120, 130, 140)는 내부벽(12) 또는 격벽(14)과, 방벽(150)의 사이에 위치하여 저장탱크(10)를 단열하는 단열벽을 이룬다. 단열벽 구조체(120, 130, 140)는 각각 모듈로 구성되어 코너부에 위치하는 코너 구조체(120), 내부벽(12) 또는 격벽(14)에 일정 간격으로 설치되어 앵커 지지로드(136)에 의해 고정되는 앵커 구조체(130), 그리고 코너 구조체(120) 또는 앵커 구조체(130) 사이의 평면에 설치되어 LNG의 하중을 지지하는 평면 구조체(140)로 이루어진다.

단열벽 구조체(130, 140)의 상부에는 액화천연가스와 직접 접하는 방벽(150)이 설치된다. 방벽(150)은 이중 구조, 즉 LNG와 직접 접하는 1차 방벽(151)과, 그 하부의 2차 방벽(155)으로 구성된다. 1차 방벽(151)과 2차 방벽(155)은 서로 소정 높이로 이격되게 배치된다. 방벽(150)은 앵커 구조체(130)의 앵커지지로드(136)의 단부에 용접 및 고정 볼트에 의해 고정될 수 있다.

방벽(150)은 수축 및 신장시 파손 등을 방지하기 위해 다수의 주름부(P)(도 2에서 볼록한 부분)가 형성된다. 주름부(P)는 LNG 선하적에 따른 온도 변화에 의하여 신장되거나 수축되어 방벽(150)에 가해지는 열적 변형에 따른 파손을 방지한다. 도 2에서 방벽(150)은 1차 방벽(151)과 2차 방벽(155)의 이중 구조로 이루어진 것으로 설명하고 있으나, 3층 이상의 다중 구조로 적층되는 것도 가능하다.

도 3은 액화천연가스 저장탱크(10)의 일부를 상세하게 도시한 평면도이고, 도 4와 도 5는 각각 도 3의 'Ⅰ-Ⅰ'선과 'Ⅱ-Ⅱ'선에 따른 단면도이다. 도 2 내지 도 5를 참조하면, 단열벽 구조체(120, 130, 140)의 코너 구조체(120)와 앵커 구조체(130)는 바닥면에 고정 설치되고, 코너 구조체(120) 또는 앵커 구조체(130) 사이에 평면 구조체(140)가 약간의 이동이 가능하게 설치된다.

평면 구조체(140)는 내부벽(12)에 면접하는 평면 하부판(141)과, 그 상부에 형성되는 평면 단열재(142), 그리고 그 상부에 형성되는 평면 상부판(143)으로 이루어진다. 여기서, 평면 하부판(141)과 평면 상부판(143)은 플라이우드(Plywood) 재질로 이루어지고, 평면 단열재(142)는 폴리우레탄폼(Polyurethane Form)으로 형성될 수 있다.

평면 구조체(140)는 코너 구조체(120) 또는 앵커 구조체(130)의 측면과 소정거리 이격된 틈(대략 1~4mm)이 형성될 수 있으며, 이와 같이 형성된 틈은 선체의 변형시 평면 구조체(140)가 유동할 수 있는 공간을 제공하여 변형량을 흡수할 수 있게 한다. 따라서, 평면 구조체(140)는 바닥면에 대해 수평 방향으로 약간의 이동(슬라이딩)이 가능하게 된다.

앵커 구조체(130)는 앵커 하부판(131)과, 앵커 하부판(131)의 상부에 폴리우레탄폼으로 형성된 앵커 단열재(132)와, 그 상부에 결합되는 앵커 상부판(133)을 포함한다. 앵커 하부판(131)은 내부벽(12)에 기계적으로 고정되는데, 이를 위해 내부벽(12)에는 일정 간격으로 다수의 스터드 핀(138)이 설치되고, 그 핀에 대응하는 관통부가 형성된 앵커 베이스판(137)이 결합된다. 앵커 하부판(131)은 스터드 핀(138)에 결합되는 너트(139)에 의해 내부벽(12)과 기계적으로 고정된다.

앵커 베이스판(137)의 상부에는 앵커 하부판(131)이 설치된다. 앵커 하부판(131)은 중앙부에 소정의 자리파기 공간이 형성되고, 이 자리파기 공간에는 로드 지지캡(134)이 설치된다. 로드 지지캡(134)은 내부에 너트(134a)가 포함되거나, 너트 구조가 일체로 형성된 것으로서, 로드 지지캡(134)에 전술된 앵커지지로드(136)가 수직하게 결합되는 방식을 취하게 된다.

로드 지지캡(134)은 내부에 너트(134a)를 결합하기 위한 구조의 캡부와, 캡부의 하단에서 방사형으로 연장된 프랜지부로 구성된다. 프랜지부는 스터드 핀(138) 및 이를 고정하는 너트(139) 사이에 개재되어 결합됨에 따라 더욱 견고하게 결합된다.

앵커 하부판(131)의 상부에는 폴리우레탄폼으로 형성된 앵커 단열재(132)가 앵커지지로드(136)에 삽입되며 위치된다. 앵커 단열재(132)는 앵커지지로드(136)가 관통하는 상부면에 앵커 상부판(133)이 부착 고정된다. 그리고, 앵커 상부판(133)의 중앙부에는 앵커지지로드(136)의 단부에 결합되는 상부캡(135)이 위치된다.

단열벽 구조체(130, 140)의 상부에는 액화천연가스와 접하는 방벽(150)이 설치된다. 방벽(150)은 상부캡(135)의 일측에 용접에 의해 고정된다. 또한, 방벽(150)은 단열벽 구조체의 요동 또는 온도변화에 의해 수축 또는 팽창시 파손 등을 방지하기 위해 다수의 주름부(P)가 형성된다.

방벽(150)은 다수의 밀봉벽들이 층을 이루는 다중구조로 이루어질 수 있고, 바람직하게는 1차 방벽(151) 및 2차 방벽(155)의 이중구조로 이루어진다. 즉, 방벽(150)은 단열벽 구조체(130, 140) 상에 올려지는 2차 방벽(155)과, 2차 방벽(155)의 상부에 설치되는 1차 방벽(151)으로 이루어지며, 1차 방벽(151)과 2차 방벽(155)은 상부캡(135)에 용접되어 고정된다.

이를 위해 상부캡(135)에는 방벽(150)의 높이에 대응하는 단차부가 형성될 수 있고, 단차부에 1차 방벽(151) 및 2차 방벽(155)이 용접에 의해 고정된다. 즉, 2차 방벽(155)은 단차부의 하단부에 용접에 의해 고정되고, 1차 방벽(151)은 단차부의 상단부에 용접에 의해 고정된다.

이와 같이, 1차 방벽(151)과 2차 방벽(155)은 단차부에 의해 서로 이격된 사이가 일정하게 유지됨에 따라, 서로 간의 간섭에 의한 기계적인 응력이 발생하지 않게 된다. 방벽(150)은 온도 변화에 의하여 다소 신축이 발생할 수 있으므로, 이 경우 1차 방벽(151)과 2차 방벽(155)이 접촉에 의하여 파손될 수 있으므로, 이들이 서로 접촉하지 않도록 하는 구조가 바람직하다. 이를 위해, 1차 방벽(151)과 2차 방벽(155) 사이에 이격된 거리를 일정하게 유지하기 위한 스페이서(160)가 설치된다. 스페이서(160)는 플라이우드로 이루어질 수 있으며, 방벽(150)의 주름부 이외의 영역에 모두 설치되는 것이 바람직하다.

한편, 도면부호 170은 레벨재로서, 단열벽 구조체의 설치시, 선박(1)의 내부벽(12)과 단열벽 구조체의 저면 사이에 종이를 사이에 두고 도포되어 내부면(12)에 대해 단열벽 구조체가 일정한 높이를 유지하도록 한다. 한편, 방벽(150)은 주름진(corrugated), 일명 GTT Mark-Ⅲ형에 사용되는 스테인레스 강 혹은 GTT의 No.96에 사용되는 인바강이 사용될 수 있다.

도 6은 액화천연가스 저장탱크의 방벽을 보여주는 사시도이고, 도 7은 액화천연가스 저장탱크의 방벽을 이루는 1차 방벽(151)과 2차 방벽(도 2의 도면부호 152) 사이에 개재된 스페이서(160)를 보여주는 부분절개 사시도이다.

도 6을 참조하면, 액화천연가스 저장탱크의 방벽(150)은 멤브레인(membrane) 구조로 이루어져 있다. 액화천연가스 저장탱크의 방벽(150)은 상하 방향으로 배열된 종방향 주름부(20), 종방향 주름부(20)와 동일한 형태를 가지며 좌우 방향으로 배열된 횡방향 주름부(30)가 엇갈리게 위치한 구조로 이루어진다.

종방향 주름부(20)는 멤브레인 시트(S)에 제공된다. 종방향 주름부(20)는 제1 상하 주름부(21), 제2 상하 주름부(22), 제3 상하 주름부(23) 및 제4 상하 주름부(24)로 이루어져 있다. 제1 상하 주름부(21), 제2 상하 주름부(22), 제3 상하 주름부(23) 및 제4 상하 주름부(24)는 동일한 크기 및 형태의 직선으로 길게 형성되어 상하 방향으로 배열되어 있다.

제1 상하 주름부(21)와 제2 상하 주름부(22)는 종방향 주름부(20)의 중앙을 기준으로 각각 좌측과 우측에 서로 평행하도록 배열된다. 제1 상하 주름부(21)와 제2 상하 주름부(22)는 대략 제3 상하 주름부(23)와 제4 상하 주름부(24)의 폭에 상응하는 거리만큼 이격되어 있다.

제3 상하 주름부(23)와 제4 상하 주름부(24)는 제1 상하 주름부(21)와 제2 상하 주름부(22) 사이에 형성되며, 종방향 주름부(20)의 중앙을 기준으로 각각 상측과 하측에 일정한 간격을 두고 같은 상하방향의 축 상에 배열된다. 제3 상하 주름부(23)와 제4 상하 주름부(24) 사이, 즉 종방향 주름부(20)의 중심에는 주름부가 없는 제1 고정부(25)가 형성된다. 제1 고정부(25)의 중앙에는 앵커구멍이 형성된다.

횡방향 주름부(30)는 멤브레인 시트(S)에 제공된다. 횡방향 주름부(30)는 종방향 주름부(20)와 동일한 형태로서, 제1 상하 주름부(21)의 중앙 좌측, 제2 상하 주름부(22)의 중앙 우측, 제3 상하 주름부(23)의 상부측 및 제4 상하 주름부(24)의 하부측 각각에, 종방향 주름부(20)와 엇갈리게 위치하게 된다.

횡방향 주름부(30)는 제1 좌우 주름부(31), 제2 좌우 주름부(32), 제3 좌우 주름부(33) 및 제4 좌우 주름부(34)로 이루어져 있다. 제1 좌우 주름부(31), 제2 좌우 주름부(32), 제3 좌우 주름부(33) 및 제4 좌우 주름부(34)는 동일한 크기 및 형태의 직선으로 길게 형성되어 좌우 방향으로 배열되어 있다.

제1 좌우 주름부(31)와 제2 좌우 주름부(32)는 횡방향 주름부(30)의 중앙을 기준으로 각각 상측과 하측에 서로 평행하도록 배열된다. 제1 좌우 주름부(31)와 제2 좌우 주름부(32)는 대략 제3 좌우 주름부(33) 및 제4 좌우 주름부(34)의 폭에 상응하는 거리만큼 이격되어 있다.

제3 좌우 주름부(33)와 제4 좌우 주름부(34)는 제1 좌우 주름부(31)와 제2 좌우 주름부(32) 사이에 형성되며, 횡방향 주름부(30)의 중앙을 기준으로 각각 좌측과 우측에 일정한 간격을 두고 같은 좌우방향의 축 상에 배열된다. 제3 좌우 주름부(33)와 제4 좌우 주름부(34) 사이, 즉 횡방향 주름부(30)의 중심에는 주름부가 없는 제2 고정부(35)가 형성된다. 제2 고정부(35)의 중앙에는 앵커구멍이 형성된다.

2개의 횡방향 주름부(30)와 2개의 종방향 주름부(20)에 의해서 하나의 폐공간이 형성된다. 각 주름부(21~24,31~34)는 대략 폐공간의 길이(D)로 형성될 수 있다. 각 주름부(21~24,31~34)는 반원 또는 타원형의 형상으로 제공될 수 있다. 상기와 같이 액화천연가스 저장탱크의 방벽은 횡방향 주름부(30)와 종방향 주름부(20)가 'T'자형을 이루게 된다. 종방향 주름부(20)는 3겹의 주름부(21, 22, 23 또는 24)로 이루어진 멤브레인 구조를 갖는다. 횡방향 주름부(30)는 3겹의 주름부(31, 32, 33 또는 34)로 이루어진 멤브레인 구조를 갖는다. 이러한 멤브레인 시트(S)는 용접면(WL)을 따라 수행되는 용접 작업에 의하여 단열벽 상에 용접된다.

이하에서는 상술한 액화천연가스 저장탱크의 방벽을 제조하기 위해 멤브레인 시트(S)를 단열벽 상에 용접하는 용접 장치에 대해 설명한다. 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 용접 장치(200)가 액화천연가스 저장탱크의 방벽 상에 설치된 것을 보여주는 측면도이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 용접 장치(200)는 액화천연가스 저장탱크의 단열벽에 2차 방벽(155)을 이루는 멤브레인 시트(S)를 용접하기 위해 제공될 수 있다.

앞서 도 1 내지 도 7을 참조하여 상술한 바와 같이 멤브레인 시트(S)는 고정부(25,35)을 중심으로 상하 및 좌우 대칭 구조로 배열된 주름부들(21~24)(31~34)을 포함한다. 본 실시 예에 따른 용접 장치(200)는 멤브레인 시트(S)의 양측 용접면(WL1,WL2)을 연속적으로 용접할 수 있도록 제공된다. 이를 위해, 용접 장치(200)는 레일부(210), 캐리지(220), 구동부(230), 용접부(240), 회동부(250)를 포함한다.

레일부(210)는 멤브레인 시트(S)의 상부에 멤브레인 시트(S)의 주름부(31,32,34)가 배열된 방향으로 설치된다. 일 실시 예로, 레일부(210)는 레일(211), 제1 가이드부재(212), 제2 가이드부재(213)를 포함할 수 있다. 레일(211)은 고정부에 제공된 고정 볼트(36)와의 체결을 위한 체결공을 가질 수 있다. 따라서 레일(211)의 체결공에 고정 볼트(36)를 삽입하여 너트로 체결함으로써 레일(211)을 고정시킬 수 있다.

레일(211)이 고정 볼트(36)가 삽입된 체결공을 중심으로 회전되지 않고 주름부(31,32,34)의 길이 방향으로 설치될 수 있도록, 레일(211)의 하면 양측에 제1 가이드부재(212)와 제2 각이드부재(213)가 형성된다. 제1 가이드부재(212)는 제1 주름부(34) 및 제2 주름부(31)의 측면과 멤브레인 시트(S)의 상면(제1 주름부와 제2 주름부 사이의 바닥면)에 접하도록 레일(211)의 좌측 하부에 형성된다. 제2 가이드부재(213)는 제1 주름부(34) 및 제3 주름부(32)의 측면과 멤브레인 시트(S)의 상면(제1 주름부와 제3 주름부 사이의 바닥면)에 접하도록 레일(211)의 우측 하부에 형성된다.

제1 가이드부재(212) 및 제2 가이드부재(213)는 반원 형상을 가질 수 있다. 이러한 가이드부재(212,213)는 레일(211)의 길이 방향 일측과 타측에 각각 설치될 수 있다. 멤브레인 시트(S)는 주름부들이 상하 및 좌우 대칭 구조로 형성되어 있기 때문에, 제1 가이드부재(212)와 제2 가이드부재(213)에 의하여 레일(211)을 멤브레인 시트(S)의 길이 방향 중심선 상에 위치시킬 수 있으며, 레일(211)을 멤브레인 시트(S)의 양측 용접면(WL1,WL2)과 정확하게 나란한 방향으로 설치할 수 있게 된다.

캐리지(220)는 레일부(210)를 따라 주행한다. 캐리지(220)는 예컨대, LM 가이드 등에 의해 레일(211)을 따라 주행할 수 있다. 캐리지(220)에는 구동부(230)와 용접부(240), 회동부(250) 및 승강부(260)가 설치된다. 구동부(230)는 캐리지(220)를 레일부(210)를 따라 주행시킨다. 구동부(230)는 모터, 실린더, 랙-피니언 기어결합, 스크류축 기어결합 등의 다양한 수단에 의하여 캐리지(220)를 구동할 수 있다.

용접부(240)는 멤브레인 시트(S)를 단열벽 상에 용접하기 위한 용접 토치(244)를 갖는다. 용접 토치(244)는 용접면(WL1,WL2)을 따라 이동하면서 용접을 수행할 수 있다. 일 실시 예로, 용접부(240)는 캐리지(200)에 고정 설치되어 멤브레인 시트(S)의 용접면(WL1,WL2) 측으로 연장되는 고정판(241); 고정판(241)의 말단측에서 용접 토치(244)를 지지하는 지지부재(242); 및 지지부재(242)에 설치되고, 용접 토치(244)를 회전시키는 회전부재(243)를 포함할 수 있다.

용접 품질을 위하여 용접 토치(244)는 바깥에서 안쪽으로 일정 각도로 기울어져 있다. 이에 따라 용접 라인의 방향에 변화 발생 시 용접을 할 수 없게 되는 부분이 발생할 수 있다. 이때 회전부재(243)에 의해 용접 토치(244) 만을 상하 방향을 중심으로 회전할 수 있도록 하여 용접 토치(244)의 경사 방향을 조절함으로써, 용접 자동화율을 증가시킬 수 있다. 일 예로, 회전부재(243)는 구동 모터 등의 수단에 의하여 용접 토치(244)를 회전시킬 수 있으나, 용접 토치(244)의 경사 방향을 조절할 수 있는 것이라면, 회전부재(243)의 기구적인 구조는 특별히 제한되지 않는다.

회동부(250)는 용접 토치(244)를 캐리지(220)를 중심으로 회동시킨다. 일 실시 예로, 회동부(250)는 용접 토치(244)를 지지하는 지지부재(241)를 캐리지(220)를 중심으로 회동시키는 회동부재를 포함할 수 있다. 회동부(250)는 용접 토치(244)를 멤브레인 시트(S)의 제2 주름부(32) 측의 모서리면인 제1 용접면(WL1)과, 멤브레인 시트(S)의 제3 주름부(31) 측의 모서리면인 제2 용접면(WL2) 사이에서 회동시킬 수 있다. 일 예로, 회동부(250)는 지지 부재(241)에 회전축이 결합된 구동 모터 등의 수단에 의하여 용접 토치(244)를 회동시킬 수 있으나, 용접 토치(244)를 회동시킬 수 있는 것이라면, 회동부(250)의 기구적인 구조는 특별히 제한되지 않는다.

승강부(260)는 용접 토치(244)를 승강시킨다. 승강부(260)는 회동부(250)에 의해 용접 토치(244)를 회동하는 과정에서 용접 토치(244)가 주름부(31,32,34) 또는 레일(211)에 의해 간섭되지 않도록, 용접 토치(244)의 높낮이를 조절할 수 있다. 승강부(260)는 지지 부재(241)를 가이드레일(261)을 따라 승강시킬 수 있다. 승강부(260)는 모터, 실린더, 랙-피니언 기어결합, 스크류축 기어결합 등의 다양한 수단에 의하여 지지 부재(241) 및 이에 결합된 용접 토치(244)를 승강시킬 수 있다.

도 9 내지 도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 용접 장치(200)의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 이하에서 도 8 내지 도 11을 참조하여, 본 실시 예에 따른 용접 장치(200)의 동작 및 작용에 대해 설명한다.

멤브레인 시트(S)를 용접하기 위해, 먼저 레일(211)을 설치한다. 레일(211)의 체결공에 고정 볼트를 삽입하여 결합하여 레일(211)을 용접 방향으로 설치할 수 있다. 이때 주름부(31,32,34)의 양 측면과 멤브레인 시트(S)의 상면에 접하는 형상을 갖는 가이드부재(212,213)에 의하여 레일(211)이 멤브레인 시트(S)의 정중앙으로 유도되므로, 레일(211)을 멤브레인 시트(S)의 용접면과 정확히 나란한 방향으로 용이하게 설치할 수 있다.

레일(211)이 설치되면, 레일(211)을 따라 캐리지(220)를 주행시키면서 용접 토치(244)에 의해 용접을 수행한다. 멤브레인 시트(S)의 제1 용접면(WL1)에 대해 용접이 완료되면, 주름부(34) 또는 레일(211)에 의해 간섭되지 않도록, 도 9의 도시와 같이 승강부(260)에 의해 용접 토치(244)를 올린 후, 도 10의 도시와 같이 회동부(250)에 의해 용접 토치(244)를 180°회동시킨 다음, 도 11의 도시와 같이 승강부(260)에 의해 용접 토치(244)를 하강시켜, 용접 토치(244)를 멤브레인 시트(S)의 제2 용접면(WL2)으로 이동시킨다. 이후 제2 용접면(WL2)에 대해 용접 작업이 연속적으로 이루어진다.

본 실시 예에 의하면, 회동부(250)에 의하여 용접 토치(244)를 캐리지(220)를 중심(레일의 중심)을 기준으로 회동시킬 수 있기 때문에, 제1 용접면(WL1)의 용접 후 제2 용접면(WL2)의 용접을 위하여 레일(211)을 반대쪽으로 뒤집어서 재설치하는 일 없이, 멤브레인 시트(S)의 제1 용접면(WL1)과 제2 용접면(WL2)을 연속적으로 용접할 수 있다.

이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.

20(21~24): 종방향 주름부 25: 제1 고정부
30(31~34): 횡방향 주름부 35: 제2 고정부
200: 용접 장치 210: 레일부
220: 캐리지 230: 구동부
240: 용접부 244: 용접 토치
250: 회동부 260: 승강부

Claims (6)

1. 고정부를 기준으로 제1 방향으로 배열된 복수의 주름부를 포함하는 멤브레인 시트를 단열벽에 용접하기 위한 액화천연가스 저장탱크의 용접 장치로서,
   상기 멤브레인 시트의 상부에 상기 제1 방향과 나란한 방향으로 설치된 레일부;
   상기 레일부를 따라 주행하는 캐리지;
   상기 캐리지에 설치되고, 상기 캐리지를 상기 레일부를 따라 주행시키는 구동부;
   상기 캐리지에 설치되고, 상기 멤브레인 시트를 상기 단열벽 상에 용접하기 위한 용접 토치를 갖는 용접부; 및
   상기 캐리지에 설치되고, 상기 용접 토치를 상기 캐리지를 중심으로 회동시키는 회동부를 포함하며,
   상기 복수의 주름부는,
   상측과 하측에 각각 배열된 제1 주름부와 좌측에 배열된 제2 주름부 및 우측에 배열된 제3 주름부를 포함하고,
   상기 레일부는,
   레일; 및
   상기 제1 주름부 및 상기 제2 주름부의 측면과 상기 멤브레인 시트의 상면에 접하도록 상기 레일의 좌측 하부에 형성된 제1 가이드부재와, 상기 제1 주름부 및 상기 제3 주름부의 측면과 상기 멤브레인 시트의 상면에 접하도록 상기 레일의 우측 하부에 형성된 제2 가이드부재를 포함하는 가이드부를 포함하는 액화천연가스 저장탱크의 용접 장치.
2. 삭제
3. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 가이드부재 및 상기 제2 가이드부재는 반원 형상을 갖는 액화천연가스 저장탱크의 용접 장치.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 레일은 상기 고정부의 고정 볼트와 체결을 위한 체결공을 갖는 액화천연가스 저장탱크의 용접 장치.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 캐리지에 설치되고, 상기 용접 토치를 승강시키는 승강부를 더 포함하고,
   상기 용접부는,
   상기 캐리지에 설치되어 상기 멤브레인 시트의 용접면으로 연장되는 고정판;
   상기 고정판의 말단측에 상기 용접 토치를 지지하는 지지부재; 및
   상기 지지부재에 설치되고, 상기 용접 토치를 회전시키는 회전부재를 포함하는 액화천연가스 저장탱크의 용접 장치.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 회동부는, 상기 지지부재를 회동시켜 상기 용접 토치를 상기 캐리지를 중심으로 회동시키는 회동부재를 포함하고,
   상기 회동부재는 상기 용접 토치를 상기 멤브레인 시트의 상기 제2 주름부 측의 제1 용접면과, 상기 멤브레인 시트의 상기 제3 주름부 측의 제2 용접면 사이에서 회동시키는 액화천연가스 저장탱크의 용접 장치.

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