KR102035297B1 - 파괴 인성이 개선된 각형 구조체와 제조 방법 및 각형 압력 탱크 - Google Patents

파괴 인성이 개선된 각형 구조체와 제조 방법 및 각형 압력 탱크 Download PDF

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Abstract

본 발명은 각형 구조체의 모서리에 집중되는 응력을 분산하여 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 파괴 인성이 개선된 각형 구조체와 제조 방법 및 각형 압력 탱크에 관한 것으로서, 제 1 내면이 형성되는 제 1 벽체와, 상기 제 1 벽체와 연결되고, 제 1 모서리부를 경계로 상기 제 1 내면과 연결되는 제 2 내면이 형성되는 제 2 벽체 및 상기 제 1 모서리부에 집중되는 응력을 분산시킬 수 있도록 상기 제 1 모서리부에 형성되는 제 1 응력 분산부를 포함할 수 있다.

Description

파괴 인성이 개선된 각형 구조체와 제조 방법 및 각형 압력 탱크{Angular structure with improved fracture toughness and manufacturing method and pressure tank}
본 발명은 파괴 인성이 개선된 각형 구조체와 제조 방법 및 각형 압력 탱크에 관한 것으로서, 더 상세하게는 각형 구조체의 모서리에 집중되는 응력을 분산하여 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 파괴 인성이 개선된 각형 구조체와 제조 방법 및 각형 압력 탱크에 관한 것이다.
액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 "LNG"라 함)는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -162℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 갖는다. 따라서, 천연가스 이송 시 LNG로 액화시켜 이송할 경우 매우 효율적으로 이송할 수 있으며, 일 예로 LNG를 해상으로 수송(운반)할 수 있는 LNG 운반선이 사용되고 있다. 또한, 최근에 환경 문제 및 고유가로 인해 LNG를 추진 연료로 사용하는 PSV(Platform supply vessel), 여객선(Passenger ship), 벌크화물선, 컨테이너선, 화학제품운반선, 원유운반선, 정제유운반선 등의 선박이 증가하고 있다. 이에 따라, LNG 운반선 이나 LNG를 추진 연료로 사용하는 선박들은 LNG의 저장을 위해 압력탱크를 사용하고 있다.
일반적으로, 압력탱크의 형태는 실린더의 형태를 띠는 경우가 많다. 그 이유는 단면으로 보았을 때 원형이 압력을 견디는데 있어서 가장 좋은 형태이기 때문이다. 그러나, 압력탱크를 이용한 이송에서는 부피효율이 높아야 하는데, 육면체 형태의 압력탱크가 실린더 형태의 압력탱크에 비하여 부피효율이 최소 21% 에서 최대 50%나 더 큰 값을 가지고 있다.
이와 같이, 부피효율을 가장 높이기 좋은 방법은 단면이 사각형인 압력탱크를 만드는 것인데, 그러나, 이러한 종래의 단면이 사각형인 육면체 형태의 각형 구조체로 이루어진 압력탱크는, 모서리 부근이 응력집중에 의해 파괴가 발생할 수 있다는 문제점이 있었다. 따라서, 각형 구조체에서는 모서리 부분 또는 각형 부분에 응력이 집중되어 구조적으로 취약점이 발생하기 때문에 각형 구조체의 우수한 저장용량의 장점에도 불구하고 사용에 제약이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, LNG 저장용 압력탱크 뿐만 아니라 각형의 저장탱크 및 압력용기에 적용할 수 있는 기술로써, 모서리에 집중되는 응력을 미세홈 가공기술로 응력 분산을 통해 안정성 및 신뢰성을 확보할 수 있는 파괴 인성이 개선된 각형 구조체와 제조 방법 및 각형 압력 탱크를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 파괴 인성이 개선된 각형 구조체가 제공된다. 상기 파괴 인성이 개선된 각형 구조체는, 제 1 내면이 형성되는 제 1 벽체; 상기 제 1 벽체와 연결되고, 제 1 모서리부를 경계로 상기 제 1 내면과 연결되는 제 2 내면이 형성되는 제 2 벽체; 및 상기 제 1 모서리부에 집중되는 응력을 분산시킬 수 있도록 상기 제 1 모서리부에 형성되는 제 1 응력 분산부;를 포함할 수 있다.
상기 파괴 인성이 개선된 각형 구조체에서, 상기 제 1 응력 분산부는, 상기 제 1 내면에서 상기 제 2 내면으로 길게 연장되게 형성되는 적어도 하나 이상의 미세홈부일 수 있다.
상기 파괴 인성이 개선된 각형 구조체에서, 상기 미세홈부는, 상기 제 1 내면에 형성되고, 상기 제 1 모서리부와 직각으로 형성되는 제 1 부분; 및 상기 제 2 내면에 형성되고, 상기 제 1 부분과 반대 방향으로 상기 제 1 모서리부와 직각으로 형성되는 제 2 부분;을 포함할 수 있다.
상기 파괴 인성이 개선된 각형 구조체에서, 상기 미세홈부는, 상기 제 1 모서리부를 따라서 복수개가 일정한 거리로 이격되게 형성될 수 있다.
상기 파괴 인성이 개선된 각형 구조체에서, 상기 제 1 벽체 및 상기 제 2 벽체와 연결되고, 제 2 모서리부 및 제 3 모서리부를 경계로 상기 제 1 내면 및 상기 제 2 내면과 연결되는 제 3 내면이 형성되는 제 3 벽체; 상기 제 2 모서리부에 집중되는 응력을 분산시킬 수 있도록 상기 제 2 모서리부에 형성되는 제 2 응력 분산부; 및 상기 제 3 모서리부에 집중되는 응력을 분산시킬 수 있도록 상기 제 3 모서리부에 형성되는 제 3 응력 분산부;를 더 포함할 수 있다.
상기 파괴 인성이 개선된 각형 구조체에서, 상기 제 2 응력 분산부는, 상기 제 1 내면에서 상기 제 3 내면으로 길게 연장되게 형성되는 적어도 하나 이상의 미세홈부이고, 상기 제 3 응력 분산부는, 상기 제 2 내면에서 상기 제 3 내면으로 길게 연장되게 형성되는 적어도 하나 이상의 미세홈부일 수 있다.
상기 파괴 인성이 개선된 각형 구조체에서, 상기 제 1 모서리부, 상기 제 2 모서리부 및 상기 제 3 모서리부가 만나는 꼭짓점부에 집중되는 응력을 분산시킬 수 있도록 상기 꼭짓점부에 형성되는 제 4 응력 분산부;를 더 포함할 수 있다.
상기 파괴 인성이 개선된 각형 구조체에서, 상기 제 4 응력 분산부는, 상기 제 1 내면에서 상기 제 2 내면을 거쳐 상기 제 3 내면으로 루프(Loop) 형상으로 이어지는 적어도 하나 이상의 루프 미세홈부일 수 있다.
상기 파괴 인성이 개선된 각형 구조체에서, 상기 루프 미세홈부는, 상기 꼭짓점부의 중심 방향으로 복수개가 일정한 거리로 이격되게 형성될 수 있다.
상기 파괴 인성이 개선된 각형 구조체에서, 상기 제 4 응력 분산부는, 상기 꼭짓점부에 형성되는 원통 홀부 또는 구형 홀부일 수 있다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 파괴 인성이 개선된 각형 구조체의 제조 방법이 제공된다. 상기 파괴 인성이 개선된 각형 구조체의 제조 방법은, 제 1 내면이 형성되는 제 1 벽체와, 상기 제 1 벽체와 연결되고 제 1 모서리부를 경계로 상기 제 1 내면과 연결되는 제 2 내면이 형성되는 제 2 벽체를 형성하는 단계; 및 상기 제 1 모서리부에 집중되는 응력을 분산시킬 수 있도록, 상기 제 1 모서리부에 상기 제 1 내면에서 상기 제 2 내면으로 길게 연장되게 형성되는 적어도 하나 이상의 미세홈부로 이루어지는 제 1 응력 분산부를 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 파괴 인성이 개선된 각형 구조체의 제조 방법에서, 상기 미세홈부는, 절삭 가공, 방전 가공 및 레이저 가공 중 어느 하나의 공정으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 파괴 인성이 개선된 각형 압력 탱크가 제공된다. 상기 파괴 인성이 개선된 각형 압력 탱크는, 제 1 내면이 형성되는 제 1 벽체; 상기 제 1 벽체와 연결되고, 제 1 모서리부를 경계로 상기 제 1 내면과 연결되는 제 2 내면이 형성되는 제 2 벽체; 상기 제 1 벽체 및 상기 제 2 벽체와 연결되고, 제 2 모서리부 및 제 3 모서리부를 경계로 상기 제 1 내면 및 상기 제 2 내면과 연결되는 제 3 내면이 형성되는 제 3 벽체; 상기 제 1 모서리부에 집중되는 응력을 분산시킬 수 있도록 상기 제 1 모서리부에 형성되는 제 1 응력 분산부; 상기 제 2 모서리부에 집중되는 응력을 분산시킬 수 있도록 상기 제 2 모서리부에 형성되는 제 2 응력 분산부; 및 상기 제 3 모서리부에 집중되는 응력을 분산시킬 수 있도록 상기 제 3 모서리부에 형성되는 제 3 응력 분산부;를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 파괴 인성이 개선된 각형 구조체와 제조 방법 및 각형 압력 탱크에 따르면, LNG 저장용 압력탱크 뿐만 아니라 각형의 저장탱크 및 압력용기에 적용할 수 있는 기술로써, 모서리에 집중되는 응력을 미세홈 가공기술로 응력 분산을 통해 각형 구조체의 안정성 및 신뢰성을 용이하게 확보할 수 있다.
이에 따라, 각형 구조체의 취약부위를 미세홈 가공만으로 파괴 인성을 향상시킴으로써, 각형 구조체의 가장 큰 단점인 구조체의 응력 집중현상에 의한 파괴를 간단한 방법으로 해소할 수 있는 효과를 가지는 파괴 인성이 개선된 각형 구조체와 제조 방법 및 각형 압력 탱크를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파괴 인성이 개선된 각형 구조체를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 파괴 인성이 개선된 각형 구조체의 제 1 응력 분산부를 나타내는 사시도이다.
도 3 및 도 4는 도 1의 파괴 인성이 개선된 각형 구조체의 제 1 응력 분산부를 나타내는 절단 단면도이다.
도 5 및 도 6은 도 1의 파괴 인성이 개선된 각형 구조체의 제 1 응력 분산부 가공 전후의 시뮬레이션 결과를 나타내는 응력 분산도이다.
도 7 내지 도 9는 도 1의 파괴 인성이 개선된 각형 구조체의 제 4 응력 분산부를 나타내는 사시도들이다.
도 10 및 도 11은 도 9의 제 4 응력 분산부를 나타내는 절단 단면도들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파괴 인성이 개선된 각형 구조체(100)를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 파괴 인성이 개선된 각형 구조체(100)의 제 1 응력 분산부(50)를 나타내는 사시도이다. 그리고, 도 3 및 도 4는 도 1의 파괴 인성이 개선된 각형 구조체(100)의 제 1 응력 분산부(50)를 나타내는 절단 단면도이고, 도 5 및 도 6은 도 1의 파괴 인성이 개선된 각형 구조체(100)의 제 1 응력 분산부(50) 가공 전후의 시뮬레이션 결과를 나타내는 응력 분산도이다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 파괴 인성이 개선된 각형 구조체(100)는, 크게, 제 1 벽체(10)와, 제 2 벽체(20) 및 제 1 응력 분산부(50)를 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 벽체(10)는, 제 1 내면(S1)이 형성되고, 제 2 벽체(20)는, 제 1 벽체(10)와 연결되고 제 1 모서리부(E1)를 경계로 제 1 내면(S1)과 연결되는 제 2 내면(S2)이 형성될 수 있다. 예컨대, 제 1 벽체(10) 및 제 2 벽체(20)는, 단면이 사각형인 육면체 형태의 각형 구조체(100)로 이루어진 압력탱크의 일부분으로써, 제 1 벽체(10)의 제 1 내면(S1) 및 제 2 벽체(20)의 제 2 내면(S2)이 상기 각형 구조체(100)의 내부 공간의 일부분을 이룰 수 있다.
더욱 구체적으로, 제 1 벽체(10) 및 제 2 벽체(20)는, 상기 내부 공간에 저장된 LNG 등의 압력을 견딜 수 있는 적절한 강도와 내구성을 갖는 구조체일 수 있다. 예컨대, 이러한 제 1 벽체(10) 및 제 2 벽체(20)는, 스틸, 스테인레스, 알루미늄, 마그네슘 및 아연 중 어느 하나 이상의 재질을 선택하여 구성되는 구조체일 수 있다. 그러나, 제 1 벽체(10) 및 제 2 벽체(20)는, 도 2에 반드시 국한되지 않고, 상기 내부 공간에 저장된 LNG 등의 압력을 견딜 수 있는 매우 다양한 재질의 부재들이 적용될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 응력 분산부(50)는, 제 1 모서리부(E1)에 집중되는 응력을 분산시킬 수 있도록 제 1 모서리부(E1)에 형성될 수 있다. 예컨대, 제 1 응력 분산부(50)는, 제 1 벽체(10)의 제 1 내면(S1)에서 제 2 벽체(20)의 제 2 내면(S2)으로 길게 연장되게 형성되는 적어도 하나 이상의 미세홈부(51)로 이루어질 수 있다. 이때, 적어도 하나 이상의 미세홈부(51)는, 제 1 모서리부(E1)를 따라서 복수개가 일정한 거리고 이격되게 형성될 수 있다. 또한, 미세홈부(51)의 개수, 미세홈부(51) 간의 간격, 미세홈부(51)의 폭과 길이 및 깊이 등의 규격은, 제 1 벽체(10) 및 제 2 벽체(20) 원재료의 규격과 강도 및 인성 등의 내부 특성을 고려하여 필요에 따라 적절히 선택될 수 있다.
더욱 구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 미세홈부(51)는, 제 1 내면(S1)에 형성되고 제 1 모서리부(E1)와 직각으로 형성되는 제 1 부분(51a) 및 제 2 내면(S2)에 형성되고, 제 1 부분(51a)과 반대 방향으로 제 1 모서리부(E1)와 직각으로 형성되는 제 2 부분(51b)을 포함할 수 있다.
예컨대, 제 1 부분(51a)과 제 2 부분(51b)이 수직 방향으로 만나서 미세홈부(51)의 단면이 전체적으로 "ㄴ"자 형상으로 이루어질 수 있다. 이때, 도시되진 않았지만 제 1 부분(51a)과 제 2 부분(51b)이 만나는 부분의 모서리부에 응력이 집중되는 것을 방지할 수 있도록 상기 모서리부에 라운드 형상이 형성될 수 있다. 이러한 제 1 부분(51a) 및 제 2 부분(52b)은, 절삭 가공, 방전 가공 및 레이저 가공 중 어느 하나의 공정을 이용한 간단한 기계적 가공만으로 형성될 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 응력 분산부(50)의 미세 홈부(52)는 단면 형상이 전체적으로 원형 형상으로 형성될 수도 있다. 이에 따라, 미세 홈부(52)가 전체적으로 원형 형상으로 이루어져서, 미세 홈부(52)에 모서리부가 형성되지 않음으로써, 미세 홈부(52) 내에서도 응력이 집중되는 현상이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 이러한 미세 홈부(52)는 원형 톱날 등과 같은 가공툴로 용이하게 가공할 수 있어 기계적 가공 시간을 더욱 단축하는 효과를 가질 수 있다.
이와 같이, 파괴 인성이 개선된 각형 구조체(100)의 제조 방법은, 제 1 내면(S1)이 형성되는 제 1 벽체(10)와, 제 1 벽체(10)와 연결되고 제 1 모서리부(E1)를 경계로 제 1 내면(S1)과 연결되는 제 2 내면(S2)이 형성되는 제 2 벽체(20)를 형성하는 단계 및 제 1 모서리부(E1)에 집중되는 응력을 분산시킬 수 있도록, 제 1 모서리부(E1)에 제 1 내면(S1)에서 제 2 내면(S2)으로 길게 연장되게 형성되는 적어도 하나 이상의 미세홈부(51)로 이루어지는 제 1 응력 분산부(50)를 형성하는 단계를 포함하고, 이때, 미세홈부(51)는, 절삭 가공, 방전 가공 및 레이저 가공 중 어느 하나의 공정으로 형성될 수 있다.
이에 따라, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 각형 구조체(100)에 미세홈부(51)로 이루어진 제 1 응력 분산부(50)의 가공 전/후 시뮬레이션 결과 미세홈부(51) 가공 후 제 1 모서리부(E1)의 응력이 효과적으로 분산되는 것을 확인할 수 있다. 이때, 미세홈부(51)에 응력이 더욱 집중되어 미세홈부(51)가 진전 할 경우 미세홈부(51)에 의한 응력 분산 효과는 더욱 증대될 수 있으며, 이에 따라, 제 1 모서리부(E1)의 파괴 인성 향상 효과는 더욱 극대화될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 파괴 인성이 개선된 각형 구조체(100)는, LNG 저장용 압력탱크 뿐만 아니라 각형의 저장탱크 및 압력용기에 적용할 수 있는 기술로써, 모서리에 집중되는 응력을 미세홈 가공기술로 응력 분산을 통해 각형 구조체의 안정성 및 신뢰성을 용이하게 확보할 수 있다.
그러므로, 각형 구조체의 취약부위를 미세홈 가공만으로 파괴 인성을 향상시킴으로써, 각형 구조체의 가장 큰 단점인 구조체의 응력 집중현상에 의한 파괴를 간단한 방법으로 해소할 수 있는 효과를 가질 수 있다. 이에 따라, 파괴 인성이 향상된 각형 구조체로 이루어진 압력탱크를 LNG 운송용 선반이나 LNG를 추진 연료로 사용하는 선박에 적용함으로써, 압력탱크의 안전성을 보장하면서 LNG의 저장 부피효율을 높이고 선박의 공간을 더욱 효율적으로 사용할 수 있다.
또한, 이와 같은 파괴 인성이 개선된 각형 구조체(100)는, 극저온 환경에서 높은 기계적 특성을 요구하는 석유/가스 운송 파이프, 에틸렌, LPG 등의 저장용기, 오일샌드 슬러리 파이프용 강관, LNG 컨테이너 화물창 구조 및 이와 유사한 다양한 해상 운송 또는 석유화학 플랜트 등에 다양한 응용이 가능할 수 있다.
도 7 내지 도 9는 도 1의 파괴 인성이 개선된 각형 구조체(100)의 제 4 응력 분산부(60)를 나타내는 사시도들이고, 도 10 및 도 11은 도 9의 제 4 응력 분산부(60)를 나타내는 절단 단면도들이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 파괴 인성이 개선된 각형 구조체(100)는, 제 1 벽체(10) 및 제 2 벽체(20)와 연결되고, 제 2 모서리부(E2) 및 제 3 모서리부(E3)를 경계로 제 1 내면(S1) 및 제 2 내면(S2)과 연결되는 제 3 내면(S3)이 형성되는 제 3 벽체(30)와, 제 2 모서리부(E2)에 집중되는 응력을 분산시킬 수 있도록 제 2 모서리부(E2)에 형성되는 제 2 응력 분산부 및 제 3 모서리부(E3)에 집중되는 응력을 분산시킬 수 있도록 제 3 모서리부(E3)에 형성되는 제 3 응력 분산부를 더 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 제 2 응력 분산부는, 제 1 내면(S1)에서 제 3 내면(S3)으로 길게 연장되게 형성되는 적어도 하나 이상의 미세홈부이고, 상기 제 3 응력 분산부는, 제 2 내면(S2)에서 제 3 내면(S3)으로 길게 연장되게 형성되는 적어도 하나 이상의 미세홈부일 수 있다. 여기서, 상기 제 2 응력 분산부 및 상기 제 3 응력 분산부의 상기 미세홈부는, 제 1 응력 분산부(50)의 미세홈부(51)와 그 구성 및 역할이 동일할 수 있다. 따라서, 상세한 설명은 생략한다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 제 1 모서리부(E1), 제 2 모서리부(E2) 및 제 3 모서리부(E3)가 만나는 꼭짓점부(V)에 집중되는 응력을 분산시킬 수 있도록 꼭짓점부(V)에 제 4 응력 분산부(60)가 형성될 수 있다. 더욱 구체적으로, 제 4 응력 분산부(60)는, 제 1 내면(S1)에서 제 2 내면(S2)을 거쳐 제 3 내면(S3)으로 루프(Loop) 형상으로 이어지는 적어도 하나 이상의 루프 미세홈부(61)일 수 있다.
이때, 루프 미세홈부(61)는, 꼭짓점부(V)의 중심 방향으로 복수개가 일정한 거리로 이격되게 형성될 수 있으며, 각 내면(S1, S2, S3)에 형성된 루프 미세홈부(61)는 각각 직선 형상(61a)으로 형성될 수 있다. 이외에도, 도 8에 도시된 바와 같이, 각 내면(S1, S2, S3)에 형성된 루프 미세홈부(61)는, 각각 원호 형상(61b)로 형성될 수도 있다. 이러한 루프 미세홈부(61)는, 절삭 가공, 방전 가공 및 레이저 가공 중 어느 하나의 공정을 이용한 간단한 기계적 가공만으로 형성될 수 있다.
또한, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 제 4 응력 분산부(60)는, 꼭짓점부(V)에 형성되는 원통 홀부(62)일 수 있으며, 도 11에 도시된 바와 같이, 꼭짓점부(V)에 형성되는 구형 홀부(63)일 수도 있다. 이러한 제 4 응력 분산부(60)의 원통 홀부(62) 또는 구형 홀부(63)는, 엔드밀 또는 구형(Globular shape) 드릴을 이용한 기계 가공만으로도 용이하게 형성할 수 있으므로, 제 4 응력 분산부(60)의 형성을 더욱 간단하게 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 파괴 인성이 개선된 각형 구조체(100)는, LNG 저장용 압력탱크 뿐만 아니라 각형의 저장탱크 및 압력용기에 적용할 수 있는 기술로써, 모서리뿐만 아니라 꼭짓점에 집중되는 응력을 미세홈 가공기술로 응력 분산을 통해 각형 구조체의 안정성 및 신뢰성을 용이하게 확보할 수 있다.
그러므로, 각형 구조체의 취약부위를 미세홈 가공만으로 파괴 인성을 향상시킴으로써, 각형 구조체의 가장 큰 단점인 구조체의 응력 집중현상에 의한 파괴를 간단한 방법으로 해소할 수 있는 효과를 가질 수 있다. 이에 따라, 파괴 인성이 향상된 각형 구조체로 이루어진 압력탱크를 LNG 운송용 선반이나 LNG를 추진 연료로 사용하는 선박에 적용함으로써, 압력탱크의 안전성을 보장하면서 LNG의 저장 부피효율을 높이고 선박의 공간을 더욱 효율적으로 사용할 수 있다.
또한, 이와 같은 파괴 인성이 개선된 각형 구조체(100)는, 극저온 환경에서 높은 기계적 특성을 요구하는 석유/가스 운송 파이프, 에틸렌, LPG 등의 저장용기, 오일샌드 슬러리 파이프용 강관, LNG 컨테이너 화물창 구조 및 이와 유사한 다양한 해상 운송 또는 석유화학 플랜트 등에 다양한 응용이 가능할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 제 1 벽체
20: 제 2 벽체
30: 제 3 벽체
50: 제 1 응력 분산부
60: 제 2 응력 분산부
S1: 제 1 내면
S2: 제 2 내면
S3: 제 3 내면
E1: 제 1 모서리부
E2: 제 2 모서리부
E3: 제 3 모서리부
V: 꼭짓점부
100: 파괴 인성이 개선된 각형 구조체

Claims (13)

  1. 단면이 사각형인 육면체 형태로 이루어지고, 내부에 극저온의 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, LNG)를 저장하는 압력탱크의 일부분을 이루는 각형 구조체에 있어서,
    제 1 내면이 형성되는 제 1 벽체;
    상기 제 1 벽체와 연결되고, 제 1 모서리부를 경계로 상기 제 1 내면과 연결되는 제 2 내면이 형성되는 제 2 벽체;
    상기 제 1 벽체 및 상기 제 2 벽체와 연결되고, 제 2 모서리부 및 제 3 모서리부를 경계로 상기 제 1 내면 및 상기 제 2 내면과 연결되는 제 3 내면이 형성되는 제 3 벽체;
    상기 제 1 모서리부에 집중되는 응력을 분산시킬 수 있도록 상기 제 1 모서리부에 형성되는 제 1 응력 분산부;
    상기 제 2 모서리부에 집중되는 응력을 분산시킬 수 있도록 상기 제 2 모서리부에 형성되는 제 2 응력 분산부;
    상기 제 3 모서리부에 집중되는 응력을 분산시킬 수 있도록 상기 제 3 모서리부에 형성되는 제 3 응력 분산부; 및
    상기 제 1 모서리부, 상기 제 2 모서리부 및 상기 제 3 모서리부가 만나는 꼭짓점부에 집중되는 응력을 분산시킬 수 있도록 상기 꼭짓점부에 형성되는 제 4 응력 분산부;를 포함하고,
    상기 제 4 응력 분산부는,
    단면이 사각형인 육면체 형태로 이루어진 상기 압력탱크의 일부분을 이루는 상기 각형 구조체의 상기 제 1 벽체의 상기 제 1 내면에서 상기 제 2 벽체의 상기 제 2 내면을 거쳐 상기 제 3 벽체의 상기 제 3 내면으로 미세홈부가 루프(Loop) 형상으로 이어지는 루프 미세홈부이고,
    상기 루프 미세홈부는,
    상기 미세홈부가 상기 제 1 내면과 상기 제 2 내면 및 상기 제 3 내면에 각각 직선 형상 또는 원호 형상으로 형성되어 루프 형상으로 이어지고, 상기 꼭짓점부의 중심 방향으로 복수개가 일정한 거리로 이격되게 형성되는, 파괴 인성이 개선된 각형 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 응력 분산부는,
    상기 제 1 내면에서 상기 제 2 내면으로 길게 연장되게 형성되는 적어도 하나 이상의 미세홈부인, 파괴 인성이 개선된 각형 구조체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 미세홈부는,
    상기 제 1 내면에 형성되고, 상기 제 1 모서리부와 직각으로 형성되는 제 1 부분; 및
    상기 제 2 내면에 형성되고, 상기 제 1 부분과 반대 방향으로 상기 제 1 모서리부와 직각으로 형성되는 제 2 부분;
    를 포함하는, 파괴 인성이 개선된 각형 구조체.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 미세홈부는,
    상기 제 1 모서리부를 따라서 복수개가 일정한 거리로 이격되게 형성되는, 파괴 인성이 개선된 각형 구조체.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 응력 분산부는, 상기 제 1 내면에서 상기 제 3 내면으로 길게 연장되게 형성되는 적어도 하나 이상의 미세홈부이고,
    상기 제 3 응력 분산부는, 상기 제 2 내면에서 상기 제 3 내면으로 길게 연장되게 형성되는 적어도 하나 이상의 미세홈부인, 파괴 인성이 개선된 각형 구조체.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 4 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 파괴 인성이 개선된 각형 구조체를 포함하는, 파괴 인성이 개선된 각형 압력 탱크.
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