KR101994435B1 - 밀폐된 단열 용기 - Google Patents

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KR101994435B1
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기욤 레클레르
제리 캉레
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Abstract

본 발명은 밀폐식 단열 용기의 2차 단열 장벽에 관한 것으로서, 상기 밀폐식 단열 용기는: 2차 밀폐 멤브레인을 위하여 실질적으로 균일한 지지 표면을 형성하도록 지탱 구조물에 부착되고 전체적으로 평행육면체의 형상을 갖는 일 세트의 보온 요소(6)들; 및 상기 보온 요소들이 지탱 구조물에 유지되도록 하기 위하여 상기 보온 요소들과 맞물리고 또한 상기 부착된 보온 요소들 사이에서 지탱 표면에 부착된 유지 부재들;을 포함한다. 상기 2차 단열 장벽의 보온 요소는: 상기 2차 밀폐 멤브레인에 대해 평행하게 연장된 제1 평행육면형 하위조립체(11, 13, 14); 및 상측 표면(21)이 덮이지 않은 채로 남겨지도록 상대적으로 짧은 길이를 갖는 제2 평행육면형 하위조립체(16, 18)를 포함한다. 상기 유지 부재는 주변 부분들을 구비한 부착 요소를 포함하는바, 상기 주변 부분들은 상기 보온 요소(6)들의 중간 패널들의 상측 표면(21)의 덮이지 않은 부분과 맞물리며, 상기 중간 패널들 사이에는 상기 보온 요소들을 지탱 표면에 유지시키기 위한 유지 부재가 배치된다.

Description

밀폐된 단열 용기{Sealed, thermally insulating vessel}
본 발명은 저온 유체를 수용(contain)하기 위하여 지탱 구조물에 배치되는 밀폐식 단열 탱크, 특히 액화 가스를 수용하기 위한 것으로서 멤브레인으로 라이닝된(membrane-lined) 탱크의 분야에 관한 것이다.
밀폐식 단열 탱크는 고온 또는 저온의 제품을 저장하기 위하여 다양한 산업에서 사용될 수 있다. 예를 들어 에너지 분야의 경우에, 액화 천연 가스(liquefied natural gas; LNG)는 높은 메탄 함량을 가진 액체인데, 이것은 육상의 저장 탱크 또는 수상 구조물에 장착되어 운반되는 탱크 안에서 대기압의 압력과 대략 -163℃의 온도로 저장될 수 있다.
이와 같은 탱크는 예를 들어 FR-A-2867831에 개시되어 있다. 여기에서 공지된 탱크, 1차 단열 장벽, 및 2차 단열 장벽은 모듈형의 병치된 평행육면형 목재 상자(wooden box)들로 이루어져 있다. 상기 상자들은 발포 펄라이트(expanded perlite) 또는 에어로겔 재료로 된 보온용 패킹(lagging packing)으로 채워져 있다.
FR-A-2798902 에는 선박의 선체 내에 배치된 다른 LNG 탱크도 개시되어 있는데, 이 탱크에서는 1차 단열 장벽 및 2차 단열 장벽 각각이, 합판으로 만들어진 간격 부재(spacer piece)들에 접합되고 33 내지 40 kg/m3 정도의 저밀도를 갖는 발포체 블록으로 채워져 있는 상자들의 단일 층으로 만들어진다.
본 발명은 개선된 밀폐식 단열 탱크를 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 저온 유체의 수용을 위하여 지탱 구조물(bearing structure) 내측에 배치된 밀폐식 단열 탱크(sealed and thermally insulating tank)가 제공되는바,
상기 탱크의 하나의 벽은 상기 유체와 접촉하도록 의도된 1차 밀폐 멤브레인(primary sealed membrane), 1차 단열 장벽(primary insulating barrier), 상기 1차 밀폐 멤브레인에 대해 평행한 2차 밀폐 멤브레인, 및 상기 2차 밀폐 멤브레인과 상기 지탱 구조물 사이에 배치된 2차 단열 장벽을 연속적으로 포함하고,
상기 2차 단열 장벽은, 상기 지탱 구조물 상에 병치(juxtapose)되고 전체적으로 평행육면형(parallelepipedal)의 형상을 갖는 일 세트(set)의 보온 요소(lagging element)들을 포함하여, 2차 멤브레인을 위한 실질적으로 균일한 지지 표면을 형성하고,
상기 병치된 보온 요소들 사이에서 상기 지탱 구조물에 부착된 유지 부재(retaining member)들은 상기 보온 요소들이 상기 지탱 구조물에 보유되도록 하기 위해서 보온 요소들과 협력하며,
상기 2차 단열 장벽의 보온 요소는:
상기 2차 밀폐 멤브레인에 대해 평행하게 연장된 제1 평행육면형 하위조립체(first parallelepipedal subassembly)로서, 제1 고밀도 폴리머 발포체 블록(first high-density polymer foam block), 상기 제1 고밀도 폴리머 발포체 블록 아래에 접합된 저부 패널(bottom panel), 상기 제1 고밀도 폴리머 발포체 블록에 접합된 중간 패널(intermediate panel), 및 상기 저부 패널과 중간 패널 사이에 배치되고 상기 제1 고밀도 폴리머 발포체 블록의 두께 방향으로 연장된 복수의 소-횡단면 강화 포스트(small cross section stiffening post)들을 포함하는, 제1 평행육면형 하위조립체; 및
상기 2차 밀폐 멤브레인에 대해 평행하게 연장된 제2 평행육면형 하위조립체로서, 상기 제2 평행육면형 하위조립체는: 상기 중간 패널에 접합된 제2 폴리머 발포체 블록과 상기 제2 폴리머 발포체 블록에 접합된 커버 패널(cover panel)을 포함하고; 상기 제1 평행육면형 하위조립체의 길이보다 짧은 길이를 가지며; 상기 제1 평행육면형 하위조립체의 두 개의 대향된 단부 부분들에서 덮이지 않은 중간 패널의 상부 표면을 남겨두도록 실질적으로 상기 제1 평행육면형 하위조립체에 중심을 가진, 제2 평행육면형 하위조립체;를 포함하고,
유지 부재는: 상기 2차 단열 장벽의 두께 방향으로의 방위(orientation)를 가지고, 상기 지탱 구조물에 부착된 하측 단부 부분을 구비한, 로드(rod); 및 상기 로드의 상측 단부 부분에 연결된 체결구(fastener);를 포함하고, 상기 체결구는, 상기 2차 밀폐 멤브레인에 대해 평행하고 상기 제2 평행육면형 하위조립체의 두께와 동일한 거리만큼 분리되어 있는 하측 표면과 상부 표면을 구비하며,
상기 체결구의 하측 표면은 보온 요소들의 중간 패널들의 상부 표면의 덮이지 않은 부분과 협력하는 주변부(peripheral part)들을 구비하고, 그 사이에는 상기 보온 요소들이 지탱 구조물에 보유되도록 하기 위하여 유지 요소가 배치되며,
상기 체결구의 상부 표면은 상기 보온 요소들의 커버 패널들의 상부 표면과 같은 높이에 놓이고, 그 사이에는 상기 유지 부재가 상기 커버 패널들과 함께 상기 2차 밀폐 멤브레인을 위한 실질적으로 균일한 지지 표면을 형성하도록 배치된다.
일부 실시예들에 따르면 위와 같은 탱크는 다음과 같은 특징들 중 적어도 한 가지를 포함할 수 있다.
상기 강화 포스트들은 제1 평행 육면형 하위조립체 안에 다양한 방식으로 그리고 더 많거나 적은 개수가 제공될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제1 평행육면형 하위조립체의 강화 포스트들은 상기 제1 평행육면형 하위조립체의 대향된 두 개의 단부 부분들에서 상기 저부 패널과 상기 중간 패널 사이에 배치된다. 이와 같은 구성으로 인하여, 임의의 압축 부하가 상기 체결구를 거쳐서 상기 중간 패널의 덮이지 않은 부분으로 전달되어서 효과적은 반작용을 받을 수 있게 된다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 평행육면형 하위조립체는 상기 제1 발포체 블록의 네 개의 코너(corner)들에 배치되어 있는 네 개의 강화 포스트들을 포함한다. 이와 같은 구성은, 특히 차등적인 열 팽창에 의하여 유발되는 굽힘 모멘트 부하에 대해서 상기 발포체 블록을 안정화시키기 위하여 상대적으로 견고한 프레임을 간편한 방식으로 생성함을 가능하게 한다. 바람직하게는, 상기 강화 포스트들의 단부들이 상기 저부 패널과 중간 패널에 예를 들어 스테이플(staple), 못박힘, 및/또는 접합됨으로써 부착된다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 평행육면형 하위조립체는, 유지 부재들이 배치되는 간극(clearance)들을 형성하기 위하여 상기 제1 평행육면형 하위조립체의 네 개의 코너들 각각에 제1 평행육면형 하위조립체의 두께 전체에 걸쳐 연장된 요부(recess)를 구비하고, 상기 요부는 상기 중간 패널의 덮이지 않은 단부 부분의 폭과 동일한 폭을 가져서, 상기 요부의 저부에서 상기 제1 평행육면형 하위조립체의 측방향 벽(lateral wall)이 상기 제2 평행육면형 하위조립체의 측방향 벽과 정렬된다.
일 실시예에 따르면, 상기 요부는 사각형의 횡단면을 가지고, 상기 제1 발포체 블록의 코너에 배치된 강화 포스트는 상기 요부의 두 개의 측부들을 따라서 연장된 두 개의 직각 날개부(perpendicular wing)들을 구비한다. 이와 같은 구성은 특히, 상기 유지 부재들의 장착 동안에 상기 발포체 블록의 코너를 우연한 손상으로부터 보호함을 가능하게 한다.
일 실시예에 따르면, 상기 체결구는 하측 표면을 형성하는 하측 금속 장착판(lower metal mounting plate), 상부 표면을 형성하는 상측 금속 장착판, 및 하측 금속 장착판과 상측 금속 장착판 사이에 배치되고 견고한 단열 재료(insulating material)로 이루어진 블록을 포함한다. 이와 같은 구성은, 전달되는 부하를 상기 하측 표면과 맞물리는 중간 패널로 퍼뜨리기 위하여 상대적으로 폭이 넓은 체결구를 제작함을 가능하게 한다. 또한 이와 같은 구성은 상대적으로 튼튼한 체결구를 제작함을 가능하게 하는바, 이로써 인접한 2차 보온 요소가 손상되더라도 상기 체결구가 임의의 압축 부하에 대해 반작용을 가할 수 있고, 이와 동시에 상기 지탱 구조물에 대한 열 전달(thermal bridging)을 억제할 수 있다.
상기 패널들은 다양한 재료들, 예를 들어 굽힘력과 전단력에 대한 저항성을 갖는 복합 소재로 만들어질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 저부 패널, 중간 패널, 및 커버 패널은 합판(plywood)으로 만들어진다. 이와 같은 재료는 경제적이며, 다양한 조달 가능성을 제공한다.
일 실시예에 따르면, 상기 고밀도 폴리머 발포체는 90 kg/m3 초과의 밀도, 예를 들어 120 내지 140 kg/m3 의 밀도를 갖는다. 특히, 상기 고밀도 폴리머 발포체는 폴리우레탄 발포체와, 유리 섬유가 보강된 폴리우레탄 발포체로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 지탱 구조물의 편평도에 있어서 존재할 수 있는 결함(deficiencies)을 보상하기 위하여, 저부 패널의 하측 표면 상에 배치된 매스틱 구슬선(beads of mastic)이 상기 지탱 구조물에 대해 안착된다.
일 실시예에 따르면, 상기 1차 단열 장벽은 병치된 보온 요소들로 만들어지고, 상기 1차 단열 장벽의 보온 요소는 각각, 실질적으로 미네랄 울(mineral wool) 또는 펄라이트(perlite)로 만들어진 단열 패킹(insulating packing)으로 채워진 상자를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 또는 각각의 밀폐 멤브레인은 시트 금속(sheet metal)으로 이루어진 평행한 스트립(strip)들과, 아래에 놓인 단열 장벽 상에 보유된 평행한 용접 플랜지들을 포함하고, 상기 스트립들의 길이방향 에지들은 상기 탱크의 내측을 향하여 돌출되도록 돌려 접혀지며, 상기 용접 플랜지들 각각은 인접한 상기 돌려 접혀진 길이방향 에지들과 함께 밀폐식 용접 접합부(sealed welded joint)를 형성하도록 두 개의 시트 금속 스트립(sheet-metal strip)들 사이에서 상기 탱크의 내측을 향하여 돌출된다.
위와 같은 탱크는 육상 기반의 저장 시설, 예를 들어 LNG 의 일부를 형성하거나, 근해 또는 해양의 부유식 구조물, 특히 메탄 탱크선, 부유식 저장 및 재가스화 유닛(floating storage and regasification unit; FSRU), 부유식 제품 저장 및 하선(floating production storage and offloading; FPSO) 유닛, 등에 설치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이중 선체(double hull)와 상기 이중 선체 내에 배치된 상기 밀폐식 단열 탱크를 포함하는 저온 액체 제품 운송용 선박이 제공된다.
일 실시예에 따르면, 본 발명은 위와 같은 선박의 선적 또는 하선을 위한 방법도 제공하는바, 이 방법에서는 저온 액체 제품이 단열 파이프들(insulated pipes)을 통하여, 부유식 또는 육상의 저장 시설(storage facility)로부터 상기 선박의 탱크로 또는 상기 선박의 탱크로부터 부유식 또는 육상의 저장 시설로 운반된다.
일 실시예에 따르면, 본 발명은 저온 액체 제품을 전달하기 위한 전달 시스템(transfer system)도 제공하는바, 상기 시스템은: 전술된 선박; 상기 선박의 선체에 설치된 탱크와 부유식 또는 육상의 저장 시설을 연결하도록 배치된 단열 파이프들; 및 상기 단열 파이프들을 통하여, 부유식 또는 육상의 저장 시설로부터 상기 선박의 탱크로 또는 상기 선박의 탱크로부터 부유식 또는 육상의 저장 시설로 저온 액체 제품을 유동시키기 위한 펌프;를 포함한다.
본 발명의 바탕에는, 단열, 기계적 강도, 및 비용의 면에서 유리한 특성을 제공하는 탱크 벽 구조, 특히 2차 단열 장벽 구조를 설계하고자 하는 생각이 깔려 있다.
본 발명의 어떤 특징은, 밀폐식 단열 탱크가 액화 천연 가스로 채워진 때에, 탱크 내부와 탱크 외부 사이의 온도 차이가 보온 요소들 내부에 열 구배를 발생시킨다는 관찰 사항으로부터 도출된 것이다. 이와 같은 열 구배는 폴리머 발포체와 예를 들어 합판인 다른 견고한 재료의 접합된 조립체 안의 차등적인 팽창 현상을 유발할 수 있는데, 이 팽창 현상은 상기 보온 요소들의 굽힘을 유발하는 경향을 가진 응력을 발생시킬 가능성이 높다. 이와 같은 굽힘은 특히, 상기 탱크 안의 보온 요소를 부착시키는 수단이 상기 응력에 완전히 반작용을 할 수 없는 때, 예를 들어 보온 요소가 그 표면 영역(표면적) 전체에 걸쳐서 선체에 접합되어 있지 않고 복수의 부착 지점들에서 간단히 부착된 때에 발생한다.
본 발명의 어떤 특징은 2차 단열 장벽을 위한 상대적으로 두꺼운 보온 요소를 제작하되, 열 근원(thermal origin)의 굽힘 응력을 억제하기 위하여 상기 보온 요소의 두께 안에 중간 패널을 배치시키고자 하는 생각으로부터 시작된 것이다.
하기의 첨부 도면들을 참조로 하여 비제한적인 예로서만 제시되는 본 발명의 몇몇 특정한 실시예들에 관한 아래의 상세한 설명에 의하여, 본 발명의 목적, 상세내용, 특징, 및 장점이 보다 명확하게 이해될 것이다.
도 1 은 밀폐식 단열 탱크의 벽이 절개된 상태의 부분 사시도이다.
도 2 는 도 1 의 벽의 2차 단열 요소의 사시도이다.
도 3 은 도 2 의 2차 보온 요소를 화살표 III 의 방향에서 본 도면이다.
도 4 는 상기 2차 보온 요소의 코너 포스트(corner post)를 도 3 의 IV로 표시된 횡단면에서 본 확대도이다.
도 5 는 도 1 의 탱크 벽에서 사용될 수 있는 커플러(coupler)의 도면이다.
도 6 은 절개된 것으로 도시된 탱크를 구비한 메탄 탱크선(methane tanker)과 상기 탱크의 선적(loading)/하선(offloading)을 위한 터미널의 개략도이다.
도 7 및 도 8 은 굽힘 모멘트(bending moment)를 발생시키는 차등 수축(differential contraction) 현상을 도시하는 개략도들이다.
도 7 및 도 8 에 개략적으로 도시된 두 개의 단순한 예들을 이용하여 차등 수축 현상에 관하여 간략히 설명한다.
합판 패널(37)은 더 두꺼운 단일체의 폴리머 발포체 층(36)에 접합된다. 상기 합판 패널(37)과 폴리머 발포체 층(36)은 하향으로의 열 구배(thermal gradient; 38)를 받는다. 이것은, 상기 합판 패널(37)의 온도가 폴리머 발포체 층(36)의 하측 표면(41)에서의 온도보다 더 낮다는 것을 의미한다. 상기 폴리머 발포체는 상기 합판보다 더 높은 열팽창 계수를 갖는다. 따라서, 상기 폴리머 발포체는 열 구배(38)의 영향 하에서 합판 패널(37)보다 주변 공기에 대하여 더 많이 수축한다. 상기 합판 패널(37)과 폴리머 발포체 층(36)이 서로 접합되기 때문에, 그리고 그에 부가하여 폴리머 발포체 층(36)이 합판 패널(37)보다 더 큰 굽힘 강도(flexural rigidity)를 갖기 때문에, 상기 합판 패널(37)과 폴리머 발포체 층(36)은 볼록 곡선(convex curvature; 39)으로 휘어지는 경향을 갖는다.
도 8 에 개략적으로 도시된 제2 예에서도 동일한 현상이 관찰될 수 있는데, 여기에서는 합판 패널(37)이 폴리머 발포체 층(36)의 하측에 접합된다. 그러나 이 경우에서는, 폴리머 발포체 층(36)과 합판 패널(37)이 상기 제1 예에서 설명된 볼록 곡선(39)과 반대인 볼록 곡선(40)으로 휘어지는 경향을 갖는다. 또한, 합판 패널(37)이 폴리머 발포체 층(36) 아래에 위치하기 때문에, 합판 패널(37)은 동일한 열 구배(38)에 대하여 제1 예의 경우보다 더 높은 열을 받게 된다. 그 결과, 제1 예의 경우에서보다 덜 수축되어, 제1 예의 볼록 곡선(39)보다 더 확연한 볼록 곡선(40)으로 귀결된다. 이것은, 상기 폴리머 발포체 층(36)과 합판 패널(37) 간의 열 수축 차이가 제1 예의 경우에서보다 더 크기 때문이다.
도 1 에는 밀폐식 단열 벽이 도시되어 있는바, 이 벽의 구조가 보이도록 하기 위하여 절개 사시도로서 도시되어 있다. 이와 같은 구조는 저장 용기의 저부 벽, 상부 벽, 및 측부 벽(side wall)을 덮기 위하여 다양한 방위(orientation)의 광범위한 표면들에 걸쳐서 채택될 수 있다. 그러므로 도 1 의 방위는 이 점에 있어서 비제한적(nonlimiting)인 것이다.
상기 탱크 벽은 지탱 구조물(1)의 벽에 부착된다. 통상적으로, 지구의 중력장에 대한 탱크 벽의 방위와는 무관하게, "상부"라 함은 상대적으로 저장 용기의 내측을 향하여 배치된 위치를 의미하고, "하측"이라 함은 지탱 구조물(1)에 더 가까이 배치된 위치를 지칭한다.
상기 탱크 벽은 2차 단열 장벽(2), 2차 단열 장벽(2)의 상부에 보유된 2차 밀폐 장벽(3), 2차 밀폐 장벽(3)에 보유된 1차 단열 장벽(4), 및 1차 단열 장벽(4)의 상부에 보유된 1차 밀폐 장벽(5)을 포함한다.
2차 단열 장벽(2)은 복수의 평행육면형 2차 단열 모듈(6)들로 이루어지는바, 상기 2차 단열 모듈(6)들은 지탱 구조물(1)의 내부 표면을 실질적으로 덮기 위하여 옆으로 나란히 배치된다. 상기 밀폐 멤브레인들을 편평하게 유지하기 위하여, 상기 2차 단열 모듈(6)들의 하측 표면과 지탱 구조물(1) 사이에는 매스틱 구슬선(7)이 설치된다. 이 매스틱 구슬선은 예를 들어, 2차 단열 모듈(6)의 하측 표면에 접합된다. 상기 매스틱 구슬선은 지탱 구조물(1)에 들러붙지 않는데, 왜냐하면 상기 매스틱과 지탱 구조물(1) 사이에는 도시되지 않은 크라프트지(kraft paper)가 끼워지기 때문이다. 일 실시예에 따르면, 상기 매스틱 구슬선은 FR-A1-2931535 에 기술된 바와 같은 물결형 구슬선일 수 있다. 또한, 상기 2차 단열 모듈(6)들의 코너들을 지지하기 위하여, 지탱 벽 상에 블록(28)들이 제공되기도 한다.
2차 단열 모듈(6)은 도 2 및 도 3 에 보다 상세히 도시되어 있다. 이것은 두 개의 부분들로 만들어져 있는바, 지탱 구조물(1)에 가까운 하측부에는 평행육면형 하위조립체(10)가 있고, 상측부에는 약간 더 짧은 길이를 갖는 평행육면형 하위조립체(20)가 있다.
상기 평행육면형 하위조립체(10)는 두 개의 편평한 합판 패널들(13, 14) 사이에 개재된 고밀도 폴리머 발포체 블록(11)을 포함하는바, 이것은 특히 유리 섬유를 포함하거나 포함하지 않은 폴리우레탄으로 만들어질 수 있다. 상기 발포체 블록(11)은 사각형으로 이루어지고 전체적으로는 평행육면형인 형상을 갖는바, 그 코너들에는 코너 포스트(12)들의 통로를 위한 절개부들이 구비된다.
상기 저부 패널(13) 및 중간 패널(14)은 동일한 형상, 즉 사각형의 형상을 가지며, 각각의 코너에는 사각형의 요부(15)가 구비되어서, 조립된 상태에서 수 개의 병치된 2차 단열 모듈(6)들 사이의 계면(interface)에 있는 탱크 벽에 간극이 형성되도록 한다. 이 간극들은 도 1 에 도시된 기계적 커플러(30)들을 수용하기 위한 것이다.
따라서, 상기 하위조립체(10)의 절개부는 발포체 블록들 사이에 존재하는 열 굴뚝(thermal chimney)들을 가능한 억제하도록 최적화된다. 바람직하게는, 상기 코너들에 있는 기계적 커플러(30)들을 위한 통로들과 조립 간극들이 유일하게 존재하는 간극들이다.
발포체 블록(11)은 전체 표면적에 걸쳐서 저부 패널(13) 및 중간 패널(14)에 접합된다. 각각의 코너에서, 발포체 블록(11)은 전체 높이에 걸쳐서 코너 포스트(12)에 접합된다. 상기 코너 포스트(12)는 스테이플들(staples) 등에 의하여 저부 패널(13) 및 중간 패널(14)에도 부착된다.
도 4 에는 일 실시예에 따른 코너 포스트(12)의 횡단면이 도시되어 있다. 내부 표면(17)들은 발포체 블록(11)의 측방향 벽에 접합되는 한편, 외부 표면(17')들은 저부 패널(13)과 중간 패널(14)의 사각형 요부(15)와 연속성을 갖는다. 코너 포스트(12)들은 사용 중에 소정의 압축 부하에 대해 반작용을 가할 수 있는바, 이로써 발포체 블록(11)의 압축 및 크리프(creep)가 억제된다.
2차 단열 모듈(6)의 상측부에 배치된 평행육면형 하위조립체(20)는 합판으로 만들어진 중간 패널(14)과 커버 패널(18) 사이에 개재된 제2 고밀도 폴리머 발포체 블록(16)을 포함하는데, 이것은 특히 유리 섬유가 포함되거나 포함되지 않은 폴리우레탄 발포체로 만들어질 수 있는 것이다. 상기 발포체 블록(16)은 그 표면적 전체에 걸쳐서 커버 패널(18) 및 중간 패널(14)에 접합되며, 포스트를 구비하지 않아서 제조 및 조립이 간편하게 된다. 상기 발포체 블록(16)은 발포체 블록(11)보다 실질적으로 덜 두꺼운데, 예를 들어 발포체 블록(11)의 두께의 대략 1/3인 두께를 갖는다. 상기 평행육면형 하위조립체(20)는 평행육면형 하위조립체(10)만큼 길지 않기 때문에, 중간 패널(14)의 두 개의 길이방향 단부들이 덮이지 않으며, 스트립 형태인 상부의 비움 표면(clear surface; 21)이 제공된다.
탱크 벽의 제작을 보다 용이하게 하기 위하여, 2차 단열 모듈(6)은 미리 제조된 요소의 형태로 공급되는 것이 바람직하다. 일 실시예에서는 다음과 같은 치수로 제공된다.
하위조립체(10)의 길이: 118 cm
하위조립체(20)의 길이: 114 cm
2차 단열 모듈(6)의 폭:100 cm
발포체 블록(11)의 두께: 20 cm
발포체 블록(16)의 두께: 6.5 cm
커버 패널(18)의 두께: 1.5 cm
저부 패널(13)의 두께: 1 cm
중간 패널(14)의 두께: 1 cm
2차 단열 모듈(6)의 두께: 30 cm
이와 같은 단열 장벽의 두께들은, 이전의 설계안들의 치수들에 부합되고 따라서 시장에서 유통되는 구성요소들, 예를 들어 앵커링 시스템(anchoring system)들, 밀폐 멤브레인들, 및 상기 탱크의 이면(dihedral) 또는 삼면(trihedral) 코너들에 의하여 제공되는 다양한 특수 구역들과 호환가능하기 때문에 유리하다.
다시 도 1 을 참조하면, 2차 단열 모듈(6)의 코너들에 기계적 커플러(30)들이 배치되어 있다는 것을 알 수 있는바, 하나의 모듈(6)당 네 개의 기계적 커플러(30)들이 존재한다. 상기 중간 패널(14)의 비움 표면(21)은 지탱 벽(1)에 2차 단열 모듈(6)들이 보유되도록 하기 위하여 기계적 커플러(30)들이 장착됨을 가능하게 한다.
기계적 커플러(30)는 도 5 에 상세히 도시되어 있다. 상기 기계적 커플러(30)는 소켓(socket; 22)을 포함하는데, 상기 소켓의 베이스(base)는 네 개의 인접한 2차 단열 모듈(6)들의 코너들에 있는 간극에 해당되는 위치에서 지탱 구조물(1)에 용접된다. 상기 소켓(22)은 소켓(22)에 나사체결도는 제1 로드(23)를 지지한다. 상기 로드(23)는 인접한 모듈(6)들 사이로 지나간다. 중간 패널(14)의 비움 표면(21)들에서 모듈(6)들을 지탱 구조물(1)에 클램핑(clamping)하기 위하여, 로드(23)에 체결 부재가 장착된다. 상기 체결 부재는 하측 금속 장착판(24), 상부 장착판(26), 및 합판 블록(25)을 포함하고, 상기 합판 블록(25)은 상기 하측 금속 장착판(24)과 상부 장착판(26) 사이에서 간격 부재로서 작용하고 또한 지탱 구조물(1)에 대한 열 전달(thermal bridging)을 감소시키도록 하측 금속 장착판(24)에 장착된다. 이와 같은 구성의 높이는, 2차 멤브레인(3)을 지지하는 커버 패널(18)들과 상부 장착판(26)이 같은 높이에 있게 되도록 결정된다. 다시 말하면, 블록(25) 및 장착판들(24, 26)에 의하여 형성되는 체결 부재의 두께(29)는 하위조립체(20)의 두께와 같다. 또한, 상기 하위조립체(10)의 두께는 상기 블록(28)과 하측 금속 장착판(24) 사이의 거리(50)에 해당된다.
나무로 된 블록(25)은 하우징(47)을 구비하는데, 이 안에는 하측 금속 장착판(24)에서의 중앙 드릴링에 의하여 로드(23)의 상부 단부가 맞물린다. 상기 하측 금속 장착판(24)은 너트(48)에 의하여 로드(23)에 보유되는데, 이 때 탄력적인 간극을 허용하기 위하여 복수의 벨빌 와셔(Belleville washer; 49)들이 개재된다.
상기 하위조립체(10)의 코너들에서는, 기계적 커플러(30)에 의하여 단열 모듈(6)에 가해지는 압축 부하가 코너 포스트(12)들에 의한 반작용을 받는다.
단열 모듈(6)들의 커버 패널(18)들은 어느 정도 역 T 자의 형상을 가진 한 쌍의 평행한 슬롯(19)들을 더 포함하는데, 이들은 앵글 브라켓(angle bracket)의 형상을 가진 용접 플랜지(welding flange)들을 받아들이기 위한 것이다. 상기 용접 플랜지들 중, 패널(18)들의 상부를 향하여 돌출된 부분은 2차 밀폐 장벽(3)이 앵커링됨을 가능하게 한다. 상기 2차 밀폐 장벽은 0.7 mm 정도의 두께이고 돌려 접힌 에지(turned up edge)들을 구비한 복수의 인바®(Invar®) 스트레이크(strake)들로 만들어진다. 각각의 스트레이크의 돌려 접힌 에지들은 공지된 기술을 이용하여 위에서 언급된 용접 플랜지에 용접된다.
2차 밀폐 장벽 상에는 1차 단열 장벽(4)이 장착되어 있는바, 상기 1차 단열 장벽(4)은 복수의 1차 단열 상자(33)들로 이루어진다. 각각의 1차 단열 상자(33)는, 펄라이트 또는 글래스 울(glass wool)과 같은 비-구조적(non-structural) 단열 재료로 채워져 있는 합판으로 만들어진 사각형의 평행육면형 상자로 이루어진다. 또한 상기 1차 단열 상자(33)들은 내부 격벽(internal partition)들, 저부 패널, 및 상부 패널(45)을 구비한다. 상기 상부 패널(45)은 전체적으로 역 T자 형상을 갖는 두 개의 슬롯(46)들도 포함하는바, 이로써 이들도 1차 밀폐 장벽의 스트레이크들의 돌려 접힌 에지들이 용접되는 용접 플랜지를 받아들일 수 있게 된다. 상기 두 개의 슬롯들(19 또는 46) 사이의 거리는 스트레이크의 폭에 해당된다. 동일한 상자의 슬롯들과 인접한 에지 사이의 거리는 스트레이크의 폭의 절반에 해당되는바, 이로써 스트레이크는 두 개의 인접한 상자들에 걸쳐지게 된다.
만약에 1차 멤브레인(5)이 파열된다면 액화 천연 가스가 1차 단열 장벽(4)에 밀어닥치게 될 것이며, 이로 인하여 2차 멤브레인(3)이 상기 액체의 매우 저온인 온도를 겪게 될 것이다. 그러면 상기 2차 단열 모듈(6)이 매우 급격한 열 구배를 받게 된다. 이와 같이 구배가 급격하게되는 두께의 영역에는 중간판(14)이 배치되어서, 재료들, 즉 발포체와 합판의 차등 수축에 의해 발생되는 굽힘력을 감소시키는 기능을 수행한다. 또한, 상기 2차 멤브레인(3)에 의하여 지탱되는 수력정역학적 압력 부하는 커플러(30)에 의하여 중간 패널(14)의 표면(21)으로 전달되어서, 포스트(12)들에 의하여 직접적인 반작용을 받을 수 있게 된다. 따라서, 발포체 브록(11)에 크리프가 유발될 위험이 감소된다.
밀폐식 단열 벽을 형성하기 위하여 위에서 설명된 기술들은 다양한 유형의 저장 용기에 사용될 수 있는바, 예를 들면 메탄 탱크선 등과 같은 수상 구조물(floating structure)이나 육상 시설에 LNG 저장 용기의 벽을 형성하기 위하여 사용될 수 있다.
도 6 을 참조하면, 메탄 탱크선(70)의 절개도에는 그 선박의 이중 선체(72)에 장착되고 전체적으로 프리즘 형상을 갖는 밀폐식 단열 탱크(71)가 도시되어 있다. 상기 탱크(71)의 벽은 상기 탱크 안에 수용된 LNG와 접촉하도록 의도된 1차 밀폐 장벽, 상기 선박의 이중 선체(72)와 상기 1차 밀폐 장벽 사이에 배치된 2차 밀폐 장벽, 그리고 상기 1차 밀폐 장벽과 2차 밀폐 장벽 사이와 상기 2차 밀폐 장벽과 이중 선체(72) 사이에 각각 배치되어 있는 두 개의 단열 장벽들을 포함한다.
공지된 바와 같이, 상기 선박의 상측 갑판에 배치된 선적/하선용 파이프(73)들은 적합한 커넥터들을 이용하여 해안 또는 항구 터미널에 연결될 수 있는바, 이로써 탱크(71)로부터 또는 탱크(71)로 LNG 화물이 전달될 수 있게 된다.
도 6 에는 선적 및 하선용 스테이션(75), 수중 파이프(76), 및 육상 시설(77)을 포함하는 해안 터미널의 예가 도시되어 있다. 상기 선적 및 하선용 스테이션(75)은 가동 아암(mobile arm; 74) 및 상기 가동 아암(74)을 지지하는 타워(tower; 78)를 포함하는 고정된 해상 시설이다. 상기 가동 아암(74)은, 선적/하선용 파이프(73)들에 연결될 수 있는, 단열된 유연성 호스(79)들의 꾸러미를 운반한다. 상기 방향변환가능한 가동 아암(74)은 모든 크기의 메탄 탱크선에 적합하도록 구성된다. 도시되지 않은 연결 파이프는 상기 타워(78) 내측에서 아래로 연장된다. 상기 선적 및 하선용 스테이션(75)은 상기 메탄 탱크선(70)이 상기 육상 시설(land-based facility; 77)에 대해 선적 및 하선 작업을 수행함을 가능하게 한다. 상기 육상 시설(77)은 상기 수중 파이프(76)에 의하여 선적 또는 하선 스테이션(75)에 연결되는 연결 파이프(81)들과 액화 가스 저장 탱크(80)들을 포함한다. 상기 수중 파이프(76)는, 상기 선적 또는 하선용 스테이션(75)과 육상 시설(77) 사이에서 먼 거리에 걸쳐서, 예를 들어 5　km의 거리에 걸쳐서 상기 액화 가스가 전달됨을 가능하게 하는데, 이로써 상기 메탄 탱크선(70)이 선적 및 하선 작업 동안에 해안으로부터 먼 거리를 유지할 수 있게 된다.
상기 액화 가스의 전달을 위하여 필요한 압력의 발생을 위해서, 선박(70)에 장착된 펌프, 및/또는 상기 육상 시설(77)에 구비된 펌프, 및/또는 상기 선적 및 하선 스테이션(75)에 구비된 펌프가 사용될 수 있다.
본 발명은 다수의 특정 실시예들을 참조로 하여 설명되었지만, 본 발명이 여기에만 국한되지 않으며, 위에서 설명된 수단과 동등한 모든 기술적 균등물들과 이들의 조합물이 포함된다는 것은 매우 명백하다.
"포함", "구비" 등의 단어들과 이들의 활용형태는 청구항에 기재된 요소들 또는 단계들이 아닌 다른 요소들과 단계들의 존재를 배제하는 것이 아님을 의미한다. 어떤 요소 또는 단계의 단수형태는, 달리 기재되지 않은 한, 그러한 요소 또는 단계가 복수로 존재할 수 있음을 배제하는 것이 아니다.
청구범위에서 괄호 안에 기재된 임의의 참조기호는 청구항을 제한하는 것으로 해석되어서는 안될 것이다.

Claims (15)

  1. 저온 유체의 수용을 위하여 지탱 구조물(bearing structure) 내측에 배치된 밀폐식 단열 탱크(sealed and thermally insulating tank)로서,
    상기 탱크의 하나의 벽은 상기 유체와 접촉하도록 의도된 1차 밀폐 멤브레인(primary sealed membrane; 5), 1차 단열 장벽(primary insulating barrier; 4), 상기 1차 밀폐 멤브레인에 대해 평행한 2차 밀폐 멤브레인(3), 및 상기 2차 밀폐 멤브레인과 상기 지탱 구조물 사이에 배치된 2차 단열 장벽(2)을 연속적으로 포함하고,
    상기 2차 단열 장벽은, 상기 지탱 구조물 상에 병치(juxtapose)되고 평행육면형(parallelepipedal)의 형상을 갖는 일 세트의 보온 요소(lagging element; 6)들을 포함하여, 2차 밀폐 멤브레인을 위한 균일한 지지 표면을 형성하고,
    상기 병치된 보온 요소들 사이에서 상기 지탱 구조물에 부착된 유지 부재(retaining member; 30)들은 상기 보온 요소들이 상기 지탱 구조물에 보유되도록 하기 위해서 보온 요소들과 협력하며,
    상기 2차 단열 장벽의 보온 요소는:
    상기 2차 밀폐 멤브레인에 대해 평행하게 연장된 제1 평행육면형 하위조립체(first parallelepipedal subassembly; 10)로서, 제1 고밀도 폴리머 발포체 블록(first high-density polymer foam block; 11), 상기 제1 고밀도 폴리머 발포체 블록 아래에 접합된 저부 패널(bottom panel; 13), 상기 제1 고밀도 폴리머 발포체 블록에 접합된 중간 패널(intermediate panel; 14), 및 상기 저부 패널과 중간 패널 사이에 배치되고 상기 제1 고밀도 폴리머 발포체 블록의 두께 방향으로 연장된 복수의 강화 포스트(stiffening post; 12)들을 포함하는, 제1 평행육면형 하위조립체; 및
    상기 2차 밀폐 멤브레인에 대해 평행하게 연장된 제2 평행육면형 하위조립체(20)로서, 상기 제2 평행육면형 하위조립체는: 상기 중간 패널에 접합된 제2 폴리머 발포체 블록(16)과 상기 제2 폴리머 발포체 블록에 접합된 커버 패널(cover panel; 18)을 포함하고; 상기 제1 평행육면형 하위조립체의 길이보다 짧은 길이를 가지며; 상기 제1 평행육면형 하위조립체의 두 개의 대향된 단부 부분들에서 덮이지 않은 중간 패널의 상부 표면(21)을 남겨두도록 상기 제1 평행육면형 하위조립체 상에 배치된, 제2 평행육면형 하위조립체;를 포함하고,
    유지 부재는: 그 축방향이 상기 2차 단열 장벽의 두께 방향으로 배치되고, 상기 지탱 구조물에 부착된 하측 단부 부분을 구비한, 로드(rod; 23); 및 상기 로드의 상측 단부 부분에 연결된 체결구(fastener);를 포함하고, 상기 체결구는, 상기 2차 밀폐 멤브레인에 대해 평행하고 상기 제2 평행육면형 하위조립체(20)의 두께와 동일한 거리(29)만큼 분리되어 있는 하측 표면(24)과 상부 표면(26)을 구비하며,
    상기 체결구의 하측 표면은 보온 요소(6)들의 중간 패널들의 상부 표면(21)의 덮이지 않은 부분과 협력하는 주변부(peripheral part)들을 구비하고,
    상기 커버 패널들과 함께 상기 2차 밀폐 멤브레인(3)을 위한 균일한 지지 표면을 형성하도록, 상기 체결구의 상부 표면(26)은 상기 보온 요소들의 커버 패널(18)들의 상부 표면과 같은 높이에 놓이는 것을 특징으로 하는, 밀폐식 단열 탱크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 평행육면형 하위조립체의 강화 포스트(12)들은 상기 제1 평행육면형 하위조립체의 대향된 두 개의 단부 부분들에서 상기 저부 패널과 상기 중간 패널(14) 사이에 배치된 것을 특징으로 하는, 밀폐식 단열 탱크.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 평행육면형 하위조립체는 상기 제1 발포체 블록(11)의 네 개의 코너(corner)들에 배치되어 있는 네 개의 강화 포스트들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 밀폐식 단열 탱크.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 평행육면형 하위조립체는, 유지 부재(30)들이 배치되는 간극(clearance)들을 형성하기 위하여 상기 제1 평행육면형 하위조립체의 네 개의 코너들 각각에 제1 평행육면형 하위조립체의 두께 전체에 걸쳐 연장된 요부(recess; 15)를 구비하고, 상기 요부는 상기 중간 패널의 덮이지 않은 단부 부분의 폭과 동일한 폭을 가져서, 상기 요부의 저부에서 상기 제1 평행육면형 하위조립체의 측방향 벽(lateral wall)이 상기 제2 평행육면형 하위조립체의 측방향 벽과 정렬되는 것을 특징으로 하는, 밀폐식 단열 탱크.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 요부는 사각형의 횡단면을 가지고, 상기 제1 발포체 블록의 코너에 배치된 강화 포스트는 상기 요부의 두 개의 측부들을 따라서 연장된 두 개의 직각 날개부(perpendicular wing; 12')들을 구비하는 것을 특징으로 하는, 밀폐식 단열 탱크.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 체결구는 하측 표면을 형성하는 하측 금속 장착판(lower metal mounting plate; 24), 상부 표면을 형성하는 상측 금속 장착판(26), 및 하측 금속 장착판과 상측 금속 장착판 사이에 배치되고 단열 재료(insulating material)로 이루어진 블록(25)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 밀폐식 단열 탱크.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저부 패널, 중간 패널, 및 커버 패널은 합판(plywood)으로 만들어진 것을 특징으로 하는, 밀폐식 단열 탱크.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고밀도 폴리머 발포체는 90 kg/m3 초과의 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는, 밀폐식 단열 탱크.
  9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고밀도 폴리머 발포체는 폴리우레탄 발포체(polyurethane foam), 및 유리섬유(glass fiber)가 보강된 폴리우레탄 발포체(polyurethane foam)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 밀폐식 단열 탱크.
  10. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지탱 구조물의 편평도에 있어서 존재할 수 있는 결함(deficiencies)을 보상하기 위하여, 저부 패널(13)의 하측 표면 상에 배치된 매스틱 구슬선(beads of mastic; 7)이 상기 지탱 구조물에 대해 안착되는 것을 특징으로 하는, 밀폐식 단열 탱크.
  11. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 1차 단열 장벽은 병치된 보온 요소(33)들로 만들어지고, 상기 1차 단열 장벽의 보온 요소는 각각, 미네랄 울(mineral wool) 또는 펄라이트(perlite)로 만들어진 단열 패킹(insulating packing)으로 채워진 상자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 밀폐식 단열 탱크.
  12. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 밀폐 멤브레인(3, 5)은 시트 금속(sheet metal)으로 이루어진 평행한 스트립(strip)들과, 아래에 놓인 단열 장벽 상에 보유된 평행한 용접 플랜지들을 포함하고, 상기 스트립들의 길이방향 에지들은 상기 탱크의 내측을 향하여 돌출되도록 돌려 접혀지며, 상기 용접 플랜지들 각각은 인접한 상기 돌려 접혀진 길이방향 에지들과 함께 밀폐식 용접 접합부(sealed welded joint)를 형성하도록 두 개의 시트 금속 스트립(sheet-metal strip)들 사이에서 상기 탱크의 내측을 향하여 돌출된 것을 특징으로 하는, 밀폐식 단열 탱크.
  13. 저온 액체 제품을 운송하기 위한 선박(70)으로서,
    이중 선체(double hull; 72); 및 상기 이중 선체 내에 배치되고 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 밀폐식 단열 탱크(71);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 선박.
  14. 제13항에 기재된 선박(70)을 이용하는 방법으로서,
    저온 액체 제품은, 선박의 선적 또는 하선을 위해서 단열 파이프들(insulated pipes; 73, 79, 76, 81)을 통하여, 부유식 또는 육상의 저장 시설(storage facility; 77)로부터 상기 선박(70)의 탱크로 또는 상기 선박의 탱크로부터 부유식 또는 육상의 저장 시설로 운반되는 것을 특징으로 하는, 선박 이용 방법.
  15. 저온 액체 제품을 전달하기 위한 전달 시스템(transfer system)으로서,
    제13항에 기재된 선박(70);
    상기 선박의 선체에 설치된 탱크(71)와 부유식 또는 육상의 저장 시설(77)을 연결하도록 배치된 단열 파이프들(73, 79, 76, 81); 및
    상기 단열 파이프들을 통하여, 부유식 또는 육상의 저장 시설로부터 상기 선박의 탱크로 또는 상기 선박의 탱크로부터 부유식 또는 육상의 저장 시설로 저온 액체 제품을 유동시키기 위한 펌프;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전달 시스템.
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