KR102090266B1

KR102090266B1 - 극저온 단열 구조 및 이의 시공 방법

Info

Publication number: KR102090266B1
Application number: KR1020180106952A
Authority: KR
Inventors: 이상복
Original assignee: 이상복
Priority date: 2018-09-07
Filing date: 2018-09-07
Publication date: 2020-03-17
Also published as: WO2020050515A1

Abstract

극저온 단열 구조는 복수의 샌드위치 패널, 조인트 스페이서, 심리스(seamless) 발포 단열층, 및 심리스 보호층을 포함한다. 복수의 샌드위치 패널 각각은 제1 단열 패널과, 제1 단열 패널 외측에 고정된 제2 단열 패널을 포함하며, 고정구에 의해 탱크 또는 선체의 벽 구조에 고정된다. 조인트 스페이서는 고정구의 설치 부위를 덮으며, 복수의 샌드위치 패널 사이의 틈을 메운다. 심리스 발포 단열층은 복수의 샌드위치 패널과 조인트 스페이서의 외면 전체를 덮으며, 스프레이 방식으로 형성되고, 두 층 이상의 다층으로 구성된다. 심리스 보호층은 심리스 발포 단열층의 외면에 위치하며, 두 층 이상의 다층으로 구성되고, 반가요성 단열 코팅층과 반가요성 매스틱 중 어느 하나로 이루어진다.

Description

극저온 단열 구조 및 이의 시공 방법 {CRYOGENIC INSULATION STURCTURE AND INSTALLATION METHOD THEREOF}

본 발명은 극저온 단열 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 액화가스를 저장하고 운반하는 격납 시스템(containment system)에 적용되는 극저온 단열 구조 및 이의 시공 방법에 관한 것이다.

액화천연가스(LNG, Liquefied Natural Gas), 액화석유가스(LPG, Liquefied Petroleum Gas) 등의 극저온 액화가스는 탱크, 선박, 파이프 등의 격납 시스템(containment system)에 의해 저장 및 운반된다. 이러한 격납 시스템은 선박, 바지선, 부유식 플랫폼 등에 설치될 수 있다.

격납 시스템은 크게 독립형(independent type)과 멤브레인형(membrane type)으로 구분된다. 독립형은 알루미늄, 스테인리스 강, 강 합금 등으로 제작되는 탱크와, 탱크의 외면에 설치되는 단열 패널들로 구성된다. 멤브레인형은 별도의 탱크를 제작하지 않고 선박의 선체에 단열 패널들과 단단한 금속 멤브레인을 직접 시공하는 것이다.

독립형과 멤브레인형 모두에서 단열 패널들은 탱크 또는 선체의 단열 및 보호를 위해 광범위하게 사용된다. 그리고 격납 시스템은 탱크 또는 선체의 벽 구조에 단열 패널들을 고정시키기 위한 고정구들(fasteners)과, 단열 패널들 사이의 틈을 메우고 연속된 단열 구조를 만들기 위한 접합부들(joints)을 포함한다.

접합부들은 화물창의 운영(적재 및 하역)에 기인한 탱크의 반복적인 열적 수축과 팽창에 의해 구조적인 하중과 변형에 지속적으로 노출된다. 그리고 단열 패널 구조 자체의 온도 구배는 반력과 변형을 유발하여 접합부들이 더 많은 응력에 노출되도록 한다. 최적의 접합부 품질을 유지하지 못하면 접합부에 균열이 생기고, 습기가 침투하여 전체 격납 시스템을 빠르게 열화시킨다.

본 발명은 전술한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 탱크 또는 선체의 열적 부하 및 변형에 견딜 수 있도록 구조적으로 강화되고, 기밀성이 향상되며, 개선된 열 효율을 제공하고, 빠르고 효율적인 설치가 가능한 극저온 단열 구조 및 이의 시공 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 극저온 단열 구조는 복수의 샌드위치 패널, 조인트 스페이서, 심리스(seamless) 발포 단열층, 및 심리스 보호층을 포함한다. 복수의 샌드위치 패널 각각은 제1 단열 패널과, 제1 단열 패널 외측에 고정된 제2 단열 패널을 포함하며, 고정구에 의해 탱크 또는 선체의 벽 구조에 고정된다. 조인트 스페이서는 고정구의 설치 부위를 덮으며, 복수의 샌드위치 패널 사이의 틈을 메운다. 심리스 발포 단열층은 복수의 샌드위치 패널과 조인트 스페이서의 외면 전체를 덮으며, 스프레이 방식으로 형성되고, 두 층 이상의 다층으로 구성된다. 심리스 보호층은 심리스 발포 단열층의 외면에 위치하며, 두 층 이상의 다층으로 구성되고, 반가요성(semi-flexible) 코팅층과 반가요성 매스틱(mastic) 중 어느 하나로 이루어진다.

제2 단열 패널은 제1 단열 패널보다 작게 형성될 수 있고, 제1 단열 패널의 가장자리를 노출시킬 수 있으며, 고정구는 복수의 제1 단열 패널 중 이웃한 두 개의 제1 단열 패널 사이에 위치할 수 있다.

고정구는 스터드 볼트와 고정 플레이트 및 고정 너트를 포함할 수 있다. 스터드 볼트는 벽 구조에 고정될 수 있고, 제1 단열 패널의 두께보다 큰 높이를 가질 수 있다. 고정 플레이트는 이웃한 두 개의 제1 단열 패널의 외면과 중첩될 수 있고, 스터드 볼트에 끼워질 수 있다. 고정 너트는 고정 플레이트의 외면에서 스터드 볼트에 체결될 수 있고, 고정 플레이트를 가압할 수 있다.

고정구 주위로 이웃한 두 개의 제1 단열 패널의 내면에 탄성을 가진 거리 스페이서가 위치할 수 있다. 조인트 스페이서는 단열재를 포함할 수 있고, 복수의 제2 단열 패널 사이의 틈을 메울 수 있다.

극저온 단열 구조는, 제1 단열 패널과 제2 단열 패널 사이에 위치하는 제1 크랙 베리어와, 제2 단열 패널과 조인트 스페이서의 외면에 위치하는 제2 크랙 베리어를 더 포함할 수 있다. 제1 크랙 베리어와 제2 크랙 베리어 각각은 유리 섬유와 금속 와이어 메쉬 중 어느 하나로 구성될 수 있다.

심리스 발포 단열층은 폴리우레탄 폼을 포함할 수 있고, 심리스 보호층보다 큰 두께를 가질 수 있다. 심리스 발포 단열층과 심리스 보호층은 극저온 단열 구조 전체에서 이음매 없는 단일 구조를 이룰 수 있다.

심리스 보호층에서, 반가요성 코팅층은 폴리우레탄 기반의 코팅재 조성물을 스프레이 분사 후 경화하는 과정으로 형성될 수 있고, 반가요성 매스틱은 매스틱 조성물을 도포 후 경화하는 과정으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 극저온 단열 구조의 시공 방법은, (ⅰ) 벽 구조의 형상에 대응하는 복수의 제1 단열 패널과 복수의 제2 단열 패널을 제조하고, 제1 단열 패널과 제2 단열 패널을 적층하여 복수의 샌드위치 패널을 제조하는 단계와, (ⅱ) 복수의 샌드위치 패널을 벽 구조가 있는 현장으로 이송하고, 고정구를 이용하여 벽 구조에 복수의 샌드위치 패널을 고정하는 단계와, (ⅲ) 고정구가 위치하는 복수의 샌드위치 패널의 사이 공간에 조인트 스페이서를 형성하는 단계와, (ⅳ) 복수의 샌드위치 패널과 조인트 스페이서의 외면에 단열재를 스프레이 분사 후 경화하여 심리스 발포 단열층을 형성하는 단계와, (ⅴ) 심리스 발포 단열층의 외면에 코팅재 조성물과 매스틱 조성물 중 어느 하나를 제공 후 경화하여 심리스 보호층을 형성하는 단계를 포함한다.

복수의 샌드위치 패널 각각은, 제1 단열 패널 위에 극저온 접착층과 제1 크랙 베리어 및 제2 단열 패널을 순서대로 적층하고, 프레스 기계로 눌러 가압하는 과정으로 제조될 수 있다. 제2 단열 패널은 제1 단열 패널보다 작은 크기로 형성될 수 있고, 제1 단열 패널의 중앙부에 고정될 수 있다. 고정구는 복수의 샌드위치 패널 사이에 위치할 수 있다.

조인트 스페이서를 형성하는 단계에서, 복수의 제2 단열 패널이 일체로 연결되도록 단열재로 복수의 제2 단열 패널의 사이 공간을 메울 수 있다.

극저온 단열 구조의 시공 방법은, 심리스 발포 단열층을 형성하기 전, 복수의 샌드위치 패널과 조인트 스페이서의 외면에 제2 크랙 베리어를 고정시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 심리스 발포 단열층을 형성할 때, 폴리우레탄을 포함하는 단열재를 스프레이 분사 후 경화시키는 과정을 2회 이상 반복할 수 있다.

심리스 보호층은 두 층 이상의 다층으로 구성된 반가요성 단열 코팅층으로 이루어질 수 있다. 반가요성 단열 코팅층은 폴리우레탄을 포함하는 단열 조성물을 스프레이 분사 후 경화하는 과정을 2회 이상 반복하여 형성될 수 있다.

다른 한편으로, 심리스 보호층은 두 층 이상의 다층으로 구성된 반가요성 매스틱으로 이루어질 수 있다. 반가요성 매스틱은 매스틱 조성물을 도포 후 경화하는 과정을 2회 이상 반복하여 형성될 수 있다.

본 발명에 의한 극저온 단열 구조는 향상된 기밀성과 강화된 견고성을 가지며, 구조적인 부하 및 변형에 잘 견디어 구조적 고장 및 고장의 위험을 감소시킬 수 있다. 극저온 단열 구조는 개선된 열 효율을 가지며, 심리스 발포 단열층과 심리스 보호층이 이음매 없는 유연하고 효율적인 멤브레인으로 기능할 수 있다. 또한, 극저온 단열 구조는 빠르고 효율적인 설치가 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온 단열 구조가 적용된 독립형 격납 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온 단열 구조가 적용된 멤브레인형 격납 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 3은 도 1과 도 2에 도시한 극저온 단열 구조의 확대도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온 단열 구조의 시공 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5는 도 4에 도시한 제1 단계의 샌드위치 패널을 나타낸 구성도이다.
도 6은 벽 구조가 각기둥형 탱크의 외벽 또는 각기둥형 선체의 내벽인 경우, 복수의 샌드위치 패널을 나타낸 구성도이다.
도 7은 벽 구조가 원통형 탱크의 외벽인 경우, 복수의 샌드위치 패널을 나타낸 구성도이다.
도 8은 벽 구조가 구형 탱크의 외벽인 경우, 복수의 샌드위치 패널을 나타낸 구성도이다.
도 9는 도 4에 도시한 제2 단계의 샌드위치 패널을 나타낸 구성도이다.
도 10은 도 4에 도시한 제3 단계의 샌드위치 패널과 조인트 스페이서를 나타낸 구성도이다.
도 11은 도 4에 도시한 제4 단계의 샌드위치 패널과 조인트 스페이서 및 심리스 발포 단열층을 나타낸 구성도이다.
도 12는 도 4에 도시한 제5 단계의 극저온 단열 구조를 나타낸 구성도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온 단열 구조가 적용된 독립형 격납 시스템을 나타낸 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온 단열 구조가 적용된 멤브레인형 격납 시스템을 나타낸 구성도이다.

도 1을 참고하면, 극저온 단열 구조(100)는 액화가스를 저장하는 탱크(200)의 외면에 고정되어 탱크(200)와 함께 독립형 격납 시스템을 구성한다. 도 2를 참고하면, 극저온 단열 구조(100)는 선체(300)의 내벽에 고정되어 선체(300) 내부에서 멤브레인형 격납 시스템을 구성한다.

도 3은 도 1과 도 2에 도시한 극저온 단열 구조의 확대도이다.

도 3을 참고하면, 본 실시예의 극저온 단열 구조(100)는 탱크 또는 선체의 벽 구조(10)에 고정되는 복수의 샌드위치 패널(25)과, 복수의 샌드위치 패널(25)의 틈새를 메우는 조인트 스페이서(30)와, 복수의 샌드위치 패널(25)과 조인트 스페이서(30)의 전체 표면을 덮는 심리스(seamless) 발포 단열층(40)과 심리스(seamless) 보호층(50)을 포함한다.

독립형 격납 시스템에서 벽 구조(10)는 탱크의 외벽을 의미하며, 극저온 단열 구조(100)는 탱크의 외벽 전체에 위치하여 외부 환경으로부터 탱크를 단열시킨다. 멤브레인형 격납 시스템에서 벽 구조(10)는 선체의 내벽을 의미하고, 극저온 단열 구조(100)는 선체의 내벽 전체에 위치하여 액화가스와 선체 사이를 단열시킨다.

본 실시예의 극저온 단열 구조(100)는 단열 패널이 적층된 구조로 이루어진 복수의 샌드위치 패널(25)이 서로 인접한 형태로 배열되어 벽 구조(10)에 고정된다. 복수의 샌드위치 패널(25) 각각은 제1 단열 패널(21)과, 제1 단열 패널(21) 외측에 고정된 제2 단열 패널(22)을 포함하며, 고정구(60)에 의해 벽 구조(10)에 고정된다. 본 명세서에서는 편의상, 극저온 단열 구조에서 벽 구조(10)와 마주하는 측과 마주하는 면을 각각 '내측'과 '내면'이라 하고, 그 반대측과 반대면을 각각 '외측'과 '외면'이라 정의한다.

제1 단열 패널(21)과 제2 단열 패널(22)은 일정 두께의 단열재로 제작되며, 예를 들어 폴리우레탄(PU, polyurethane) 폼, 또는 발포 폴리스티렌(EPS, expanded polystyrene) 등으로 제작될 수 있다. 제1 단열 패널(21)과 제2 단열 패널(22)은 사각형 또는 육각형 등 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.

제1 단열 패널(21)의 두께는 제2 단열 패널(22)의 두께보다 클 수 있고, 제2 단열 패널(22)의 크기는 제1 단열 패널(21)의 크기보다 작을 수 있다. 제2 단열 패널(22)은 제1 단열 패널(21)의 가장자리를 일정 폭으로 노출시키며 제1 단열 패널(21)의 외면 중앙에 고정될 수 있다.

제1 단열 패널(21)의 외면에 제1 크랙 베리어(crack barrier)(71)가 위치할 수 있다. 제1 크랙 베리어(71)는 유리 섬유(glass fiber), 금속 와이어 메쉬(metal wire mesh), 또는 기타 소재로 제작될 수 있으며, 제1 단열 패널(21)의 보강재로 기능한다. 제1 크랙 베리어(71)는 극저온 접착제를 이용하여 제1 단열 패널(21)의 외면에 부착될 수 있다.

고정구(60)는 복수의 제1 단열 패널(21) 사이 및 복수의 제2 단열 패널(22) 사이에 위치할 수 있다. 고정구(60)는 벽 구조(10)에 고정된 스터드 볼트(61)와, 이웃한 두 개의 제1 단열 패널(21)의 외면(구체적으로 제1 크랙 베리어(71)의 외면)에서 스터드 볼트(61)에 끼워지는 고정 플레이트(62)와, 고정 플레이트(62)의 외면에서 스터드 볼트(61)에 체결되는 고정 너트(63)로 구성될 수 있다.

스터드 볼트(61)는 제1 단열 패널(21)의 두께보다 큰 높이로 제작되어 그 일부가 제1 단열 패널(21)의 바깥으로 돌출된다. 고정 플레이트(62)는 이웃한 두 개의 제1 단열 패널(21)과 중첩되며, 고정 너트(63)는 스터드 볼트(61)에 체결되어 고정 플레이트(62)와 그 아래의 제1 단열 패널(21)을 가압한다. 이웃한 두 개의 제1 단열 패널(21)은 스터드 볼트(61)와 고정 너트(63)의 체결력에 의해 벽 구조(10)에 단단히 고정된다.

다만, 고정구(60)는 전술한 구조에 한정되는 것은 아니며, 제1 단열 패널(21)을 벽 구조(10)에 단단히 고정시킬 수 있는 다양한 공지의 체결 수단들로 구성될 수 있다.

벽 구조(10)와 제1 단열 패널(21) 사이에 거리 스페이서(23)가 위치할 수 있다. 거리 스페이서(23)는 소정의 탄성을 가진 셀프 레벨링 스페이서(self-leveling spacer)로서, 고정구(60) 주위로 제1 단열 패널(21)의 내면에 미리 부착될 수 있다. 거리 스페이서(23)는 고정구(60)의 체결력에 의해 압축 변형되며, 벽 구조(10)와 제1 단열 패널(21) 사이를 일정 간격으로 이격시킨다.

조인트 스페이서(30)는 이웃한 두 개의 제2 단열 패널(22) 사이에서 제1 단열 패널(21)의 외측으로 돌출된 고정구(60)의 일부(고정 플레이트(62)와 고정 너트(63) 및 스터드 볼트(61)의 상단)를 덮어 고정구(60)가 노출되지 않도록 한다. 조인트 스페이서(30)는 복수의 제2 단열 패널(22)의 사이 공간을 모두 채우며, 복수의 제2 단열 패널(22) 사이의 틈을 메운다. 즉, 조인트 스페이서(30)는 복수의 제2 단열 패널(22)과 일체감 있게 형성된다.

조인트 스페이서(30)는 단열재를 포함할 수 있으며, 제2 단열 패널(22)과 동일한 재질의 단열재로 구성될 수 있다. 예를 들어, 조인트 스페이서(30)는 단열 패널 형태로 구성될 수 있다. 이 때, 단열 패널의 하부에는 고정구(60) 부분이 삽입될 수 있도록 홈이 형성될 수 있다.

다른 예로써,, 조인트 스페이서(30)는 단열재가 분사 및 경화되어 형성될 수 있다. 단열재는 폴리우레탄 폼을 포함할 수 있고, 조인트 스페이서(30) 형성을 위해 복수의 제2 단열 패널(22)의 사이 공간에 단열재의 스프레이 분사와 경화(curing)를 2회 이상 반복할 수 있다. 스프레이 방식으로 형성된 조인트 스페이서(30)는 틈새 없이 복수의 제2 단열 패널(22)의 사이 공간을 치밀하게 메울 수 있다.

조인트 스페이서(30)의 외면은 제2 단열 패널(22)의 외면과 나란할 수 있다. 즉, 조인트 스페이서(30)의 외면은 제2 단열 패널(22)의 외면과 같은 높이를 유지함으로써, 조인트 스페이서(30)는 이웃한 제2 단열 패널(22)들과 일체로 연결되도록 형성될 수 있다.

제2 단열 패널(22)과 조인트 스페이서(30)의 외면에 제2 크랙 베리어(72)가 위치할 수 있다. 제2 크랙 베리어(72)는 유리 섬유, 금속 와이어 메쉬, 또는 기타 소재로 제작될 수 있으며, 제2 단열 패널(22)과 조인트 스페이서(30)의 보강재로 기능한다. 제2 크랙 베리어(72)는 극저온 접착제를 이용하여 제2 단열 패널(22)과 조인트 스페이서(30)의 외면에 부착될 수 있다.

심리스 발포 단열층(40)은 이음매(틈새)가 없는 단일 구조로 이루어지며, 제2 크랙 베리어(72) 전체를 덮는다. 심리스 발포 단열층(40)은 제2 크랙 베리어(72)의 외면에 단열재를 직접 스프레이 분사하는 방식으로 형성된다. 단열재는 폴리우레탄 폼을 포함할 수 있다.

심리스 발포 단열층(40)은 두 층 이상의 다층으로 구성될 수 있다. 여기서, 한 층은 스프레이 분사 후 경화된 한 개의 층을 의미한다. 즉, 단열재를 스프레이 분사 후 경화시키고, 그 위에 다시 단열재를 스프레이 분사 후 경화시키는 과정을 반복함으로써 두 층 이상의 다층으로 구성된 심리스 발포 단열층(40)을 형성할 수 있다.

심리스 발포 단열층(40)은 제2 크랙 베리어(72)를 사이에 두고 복수의 제2 단열 패널(22)과 복수의 조인트 스페이서(30)를 일괄적으로 덮는다. 심리스 발포 단열층(40)의 두께는 제2 단열 패널(22)의 두께보다 클 수 있고, 제1 단열 패널(21)의 두께보다 작을 수 있다. 그러나 심리스 발포 단열층(40)의 두께는 이러한 예시로 한정되지 않는다.

심리스 보호층(50)은 심리스 발포 단열층(40)의 전체 표면을 덮으며, 극저온 단열 구조(100)의 가장 바깥층을 이룬다. 심리스 보호층(50)은 심리스 발포 단열층(40)과 마찬가지로 이음매가 없는 단일 구조로 이루어진다.

심리스 보호층(50)은 반가요성(semi-flexible) 코팅층으로 구성되거나, 반가요성 매스틱(mastic)으로 구성될 수 있다. 심리스 보호층(50)은 적절한 도구 및 장비를 이용하여 심리스 발포 단열층(40)의 외면에 코팅재 조성물을 스프레이 분사 후 경화하거나, 매스틱 조성물을 도포 후 경화하는 방식으로 형성될 수 있다. 코팅재 조성물은 폴리우레탄 기반의 조성물일 수 있다.

심리스 보호층(50)은 두 층 이상의 다층으로 구성될 수 있다. 즉, 코팅재 조성물의 스프레이 분사와 경화를 2회 이상 반복하거나, 매스틱 조성물의 도포와 경화를 2회 이상 반복함으로써 다층 구조의 심리스 보호층(50)을 형성할 수 있다. 심리스 보호층(50)의 두께는 심리스 발포 단열층(40)의 두께보다 작을 수 있다.

그 자체로 이음매가 없는 단일 구조인 심리스 발포 단열층(40)과 심리스 보호층(50)은 극저온 단열 구조(100)의 표면을 매끄럽게 하며, 극저온 단열 구조(100)의 기밀성을 향상시킨다. 더욱이 반가요성의 심리스 보호층(50)은 이음매 없는 유연하고 효율적인 멤브레인으로 기능한다.

이러한 멤브레인은 시간이 지남에 따라 극저온 단열 구조(100)를 파괴시키는 외적인 요소들로부터 극저온 단열 구조(100)를 효과적으로 보호할 수 있다. 또한, 멤브레인은 극저온 단열 구조(100)에 강화된 견고성을 제공하며, 따라서 극저온 단열 구조(100)는 구조적인 부하 및 변형(수축 및 팽창)에 더욱 잘 견디어 구조적 고장 및 고장의 위험을 감소시킬 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온 단열 구조의 시공 방법을 나타낸 순서도이다.

도 4를 참고하면, 극저온 단열 구조의 시공 방법은 제1 단열 패널과 제2 단열 패널을 적층하여 복수의 샌드위치 패널을 제작하는 제1 단계(S10)와, 벽 구조에 복수의 샌드위치 패널을 설치하는 제2 단계(S20)와, 조인트 스페이서를 형성하는 제3 단계(S30)와, 심리스 발포 단열층을 형성하는 제4 단계(S40)와, 심리스 보호층을 형성하는 제5 단계(S50)를 포함한다.

제1 단계(S10)는 패널 공장 라인에서 진행되고, 제2 단계 내지 제5 단계(S20, S30, S40, S50)는 벽 구조가 위치하는 현장에서 진행된다. 벽 구조는 각기둥형 탱크의 외벽, 각기둥형 선체의 내벽, 원통형 탱크의 외벽, 또는 구형 탱크의 외벽 등 다양한 종류로 이루어질 수 있다.

도 5는 도 4에 도시한 제1 단계의 샌드위치 패널을 나타낸 구성도이다.

도 5를 참고하면, 샌드위치 패널(25)은 제1 단열 패널(21)과, 제1 단열 패널(21)의 외면에 고정된 제1 크랙 베리어(71)와, 제1 크랙 베리어(71)의 외면에 고정된 제2 단열 패널(22)을 포함한다. 제2 단열 패널(22)은 제1 단열 패널(21)보다 작은 크기를 가진다.

제1 단열 패널(21)과 제2 단열 패널(22)은 폴리우레탄 폼, 또는 발포 폴리스티렌 등으로 제작될 수 있다. 제1 크랙 베리어(71)는 유리 섬유, 금속 와이어 메쉬, 또는 기타 소재로 제작될 수 있으며, 샌드위치 패널(25)의 내부 보강재로 기능한다.

샌드위치 패널(25)은, 제1 단열 패널(21)과 제1 크랙 베리어(71) 및 제2 단열 패널(22)을 정해진 크기로 절단하고, 제1 단열 패널(21) 위에 극저온 접착층(도시하지 않음)과 제1 크랙 베리어(71) 및 제2 단열 패널(22)을 적층하고, 프레스 기계로 눌러 가압하는 과정으로 제작될 수 있다. 이러한 샌드위치 패널(25)은 벽 구조의 형상에 대응되게 제작된다.

도 6은 벽 구조가 각기둥형 탱크의 외벽 또는 각기둥형 선체의 내벽인 경우, 복수의 샌드위치 패널을 나타낸 구성도이다.

도 6을 참고하면, 복수의 샌드위치 패널은 벽 구조의 평탄한 부분에 대응하여 평탄하게 제작된 제1 샌드위치 패널(25A)과, 벽 구조의 코너부에 대응하여 휘어진 형상으로 제작된 제2 샌드위치 패널(25B)로 구분될 수 있다.

도 7은 벽 구조가 원통형 탱크의 외벽인 경우, 복수의 샌드위치 패널을 나타낸 구성도이다. 도 7을 참고하면, 복수의 샌드위치 패널(25C)은 벽 구조의 원통부에 대응하여 휘어진 형상으로 제작된다.

도 8은 벽 구조가 구형 탱크의 외벽인 경우, 복수의 샌드위치 패널을 나타낸 구성도이다. 도 8을 참고하면, 복수의 샌드위치 패널(25D)은 구형의 일부에 해당하는 휘어진 형상으로 제작된다.

다시 도 5를 참고하면, 패널 공장 라인에서 복수의 샌드위치 패널(25)이 제작되고, 복수의 샌드위치 패널(25)은 벽 구조가 있는 현장으로 이송된다.

도 9는 도 4에 도시한 제2 단계의 샌드위치 패널을 나타낸 구성도이다. 도 9를 참고하면, 제2 단계(S20)에서 벽 구조(10)에는 지정된 위치에 스터드 볼트(61)가 고정되어 있고, 현장으로 이송된 복수의 샌드위치 패널(25)은 거리 스페이서(23)를 사이에 두고 벽 구조(10)와 마주하도록 위치한다.

구체적으로, 두 개의 샌드위치 패널(25)은 스터드 볼트(61)를 사이에 두고 이웃하며, 스터드 볼트(61)에 고정 플레이트(62)와 고정 너트(63)가 체결된다. 복수의 샌드위치 패널(25)은 벽 구조(10)를 덮으며, 스터드 볼트(61)와 고정 너트(63)의 체결력에 의해 벽 구조(10)에 견고하게 고정된다.

도 10은 도 4에 도시한 제3 단계의 샌드위치 패널과 조인트 스페이서를 나타낸 구성도이다.

도 10을 참고하면, 제3 단계(S30)에서 이웃한 두 개의 제2 단열 패널(22) 사이에 조인트 스페이서(30)가 형성된다. 예를 들어, 조인트 스페이서(30)는 이웃한 두 개의 제2 단열 패널(22) 사이 공간에 대응되는 형태의 단열 패널을 설치하는 과정, 또는 단열재를 스프레이 분사 후 경화시키는 과정 등을 통해 형성될 수 있다.

단열 패널 또는 단열재는 폴리우레탄 폼을 포함할 수 있고, 제2 단열 패널(22)과 일체감 있게 형성될 수 있다. 예를 들어, 조인트 스페이서(30)를 구성하는 단열 패널의 하부에 고정구(60) 부분이 삽입될 수 있는 홈이 형성될 수 있다. 또는, 조인트 스페이서(30)의 외면이 제2 단열 패널(22)의 외면과 같은 높이에 이르기까지 단열재의 스프레이 분사와 경화가 2회 이상 반복될 수 있다. 단열 패널 형태가 아닌 분사 방식으로 형성된 조인트 스페이서(30)는 틈새 없이 두 개의 제2 단열 패널(22)의 사이 공간을 치밀하게 채울 수 있는 장점이 있다.

복수의 제2 단열 패널(22)과 복수의 조인트 스페이서(30)의 외면에 제2 크랙 베리어(72)가 극저온 접착제를 이용하여 고정될 수 있다. 제2 크랙 베리어(72)는 유리 섬유, 금속 와이어 메쉬, 또는 기타 소재로 제작될 수 있으며, 샌드위치 패널(25)의 외부 보강재로 기능한다.

도 11은 도 4에 도시한 제4 단계의 샌드위치 패널과 조인트 스페이서 및 심리스 발포 단열층을 나타낸 구성도이다.

도 11을 참고하면, 제4 단계(S40)에서 심리스 발포 단열층(40)은 제2 크랙 베리어(72)의 외면에 직접 단열재를 스프레이 분사 후 경화시키는 과정으로 형성된다. 단열재는 폴리우레탄 폼을 포함할 수 있고, 단열재의 스프레이 분사와 경화가 2회 이상 반복될 수 있다.

심리스 발포 단열층(40)은 두 층 이상의 다층으로 구성될 수 있으며, 제2 단열 패널(22)보다 큰 두께를 가질 수 있다. 극저온 단열 구조(100) 전체에서, 심리스 발포 단열층(40)은 이음매가 없는 단일 구조로 이루어진다.

도 12는 도 4에 도시한 제5 단계의 극저온 단열 구조를 나타낸 구성도이다.

도 12를 참고하면, 제5 단계(S50)에서 심리스 보호층(50)은 심리스 발포 단열층(40)의 외면에 폴리우레탄 기반의 코팅재 조성물을 스프레이 분사 후 경화시키거나, 매스틱 조성물을 도포 후 경화시키는 과정으로 형성된다. 심리스 보호층(50)은 반가요성 코팅층 또는 반가요성 매스틱으로 구성된다.

코팅재 조성물의 스프레이 분사와 경화 또는 매스틱 조성물의 도포와 경화는 2회 이상 반복될 수 있으며, 심리스 보호층(50)은 두 층 이상의 다층으로 구성될 수 있다. 심리스 보호층(50)은 심리스 발포 단열층(40)보다 작은 두께를 가질 수 있다. 심리스 보호층(50)은 극저온 단열 구조(100)의 표면을 매끄럽게 하고, 기밀성을 향상시키며, 이음매 없는 유연하고 효율적인 멤브레인으로 기능할 수 있다.

전술한 극저온 단열 구조(100)에서, 제1 및 제2 단열 패널(21, 22), 심리스 발포 단열층(40), 및 심리스 보호층(50) 각각의 두께와 강도는 다양한 변수들(예를 들어, 기하학적 구조, 요구되는 단열 효율, 탱크 및 해수의 온도와 같은 운행 조건들, 및 주변 환경 등)에 의해 최적화될 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

100: 극저온 단열 구조 200: 탱크
300: 선체 10: 벽 구조
25: 샌드위치 패널 21: 제1 단열 패널
22: 제2 단열 패널 30: 조인트 스페이서
40: 심리스 발포 단열층 50: 심리스 보호층
60: 고정구 71: 제1 크랙 베리어
72: 제2 크랙 베리어

Claims

제1 단열 패널과, 제1 단열 패널 각각의 외측에 고정된 제2 단열 패널을 포함하며, 고정구에 의해 탱크 또는 선체의 벽 구조에 고정되는 복수의 샌드위치 패널;
상기 고정구의 설치 부위를 덮으며, 상기 복수의 샌드위치 패널 사이의 틈을 메우는 조인트 스페이서;
상기 복수의 샌드위치 패널의 외면과 상기 조인트 스페이서의 외면 전체를 모두 덮어 이음매 없는 단일 구조를 이루며, 스프레이 방식으로 형성되고, 두 층 이상의 다층으로 구성된 심리스(seamless) 발포 단열층; 및
상기 심리스 발포 단열층의 외면 전체와 접하여 위치하고, 두 층 이상의 다층으로 구성되며, 반가요성(semi-flexible) 코팅층과 반가요성 매스틱(mastic) 중 어느 하나로 이루어지는 심리스 보호층을 포함하는 극저온 단열 구조.
제1항에 있어서,
상기 제2 단열 패널은 상기 제1 단열 패널보다 작게 형성되고, 상기 제1 단열 패널의 가장자리를 노출시키며,
상기 고정구는 상기 복수의 제1 단열 패널 중 이웃한 두 개의 제1 단열 패널 사이에 위치하는 극저온 단열 구조.
제2항에 있어서,
상기 고정구는,
상기 벽 구조에 고정되며, 상기 제1 단열 패널의 두께보다 큰 높이를 가지는 스터드 볼트와,
상기 이웃한 두 개의 제1 단열 패널의 외면과 중첩되며, 상기 스터드 볼트에 끼워지는 고정 플레이트와,
상기 고정 플레이트의 외면에서 상기 스터드 볼트에 체결되며, 상기 고정 플레이트를 가압하는 고정 너트를 포함하는 극저온 단열 구조.
제2항에 있어서,
상기 고정구 주위로 상기 이웃한 두 개의 제1 단열 패널의 내면에 탄성을 가진 거리 스페이서가 위치하는 극저온 단열 구조.
제2항에 있어서,
상기 조인트 스페이서는 단열재를 포함하는 극저온 단열 구조.
제5항에 있어서,
상기 제1 단열 패널과 상기 제2 단열 패널 사이에 위치하는 제1 크랙 베리어와, 상기 제2 단열 패널과 상기 조인트 스페이서의 외면에 위치하는 제2 크랙 베리어를 더 포함하는 극저온 단열 구조.
제6항에 있어서,
상기 제1 크랙 베리어와 상기 제2 크랙 베리어 각각은 유리 섬유와 금속 와이어 메쉬 중 어느 하나로 구성되는 극저온 단열 구조.
제1항에 있어서,
상기 심리스 발포 단열층은 폴리우레탄 폼을 포함하고, 상기 심리스 보호층보다 큰 두께를 가지며,
상기 심리스 발포 단열층과 상기 심리스 보호층은 상기 극저온 단열 구조 전체에서 이음매 없는 단일 구조를 이루는 극저온 단열 구조.
제1항에 있어서,
상기 심리스 보호층에서, 상기 반가요성 코팅층은 폴리우레탄 기반의 코팅재 조성물을 스프레이 분사 후 경화하는 과정으로 형성되고, 상기 반가요성 매스틱은 매스틱 조성물을 도포 후 경화하는 과정으로 형성되는 극저온 단열 구조.
벽 구조의 형상에 대응하는 제1 단열 패널과 제2 단열 패널을 제조하고, 제1 단열 패널과 제2 단열 패널을 적층하여 복수의 샌드위치 패널을 제조하는 단계;
상기 복수의 샌드위치 패널을 상기 벽 구조가 있는 현장으로 이송하고, 고정구를 이용하여 상기 벽 구조에 상기 복수의 샌드위치 패널을 고정하는 단계;
상기 고정구가 위치하는 상기 복수의 샌드위치 패널의 사이 공간에 조인트 스페이서를 형성하는 단계;
상기 복수의 샌드위치 패널의 외면과 상기 조인트 스페이서의 외면 전체에 단열재를 스프레이 분사 후 경화하여 이음매 없는 단일 구조의 심리스(seamless) 발포 단열층을 형성하는 단계; 및
상기 심리스 발포 단열층의 외면 전체에 코팅재 조성물과 매스틱 조성물 중 어느 하나를 제공 후 경화하여 심리스 보호층을 형성하는 단계
를 포함하는 극저온 단열 구조의 시공 방법.
제10항에 있어서,
상기 복수의 샌드위치 패널 각각은, 상기 제1 단열 패널 위에 극저온 접착층과 제1 크랙 베리어 및 상기 제2 단열 패널을 순서대로 적층하고, 프레스 기계로 눌러 가압하는 과정으로 제조되는 극저온 단열 구조의 시공 방법.
제11항에 있어서,
상기 제2 단열 패널은 상기 제1 단열 패널보다 작은 크기로 형성되고, 상기 제1 단열 패널의 중앙부에 고정되며,
상기 고정구는 상기 복수의 샌드위치 패널 사이에 위치하는 극저온 단열 구조의 시공 방법.
제12항에 있어서,
상기 조인트 스페이서를 형성하는 단계에서, 복수의 제2 단열 패널이 일체로 연결되도록 단열재로 상기 복수의 제2 단열 패널의 사이 공간을 메우는 극저온 단열 구조의 시공 방법.
제13항에 있어서,
상기 심리스 발포 단열층을 형성하는 단계 전, 상기 복수의 샌드위치 패널과 상기 조인트 스페이서의 외면에 제2 크랙 베리어를 고정시키는 단계를 더 포함하는 극저온 단열 구조의 시공 방법.
제10항에 있어서,
상기 심리스 발포 단열층을 형성하는 단계에서, 폴리우레탄 폼을 포함하는 단열재를 스프레이 분사 후 경화시키는 과정을 2회 이상 반복하는 극저온 단열 구조의 시공 방법.
제10항에 있어서,
상기 심리스 보호층은 두 층 이상의 다층으로 구성된 반가요성 코팅층으로 이루어지고,
상기 반가요성 코팅층은 폴리우레탄을 포함하는 코팅재 조성물을 스프레이 분사 후 경화하는 과정을 2회 이상 반복하여 형성되는 극저온 단열 구조의 시공 방법.
제10항에 있어서,
상기 심리스 보호층은 두 층 이상의 다층으로 구성된 반가요성 매스틱으로 이루어지고,
상기 반가요성 매스틱은 매스틱 조성물을 도포 후 경화하는 과정을 2회 이상 반복하여 형성되는 극저온 단열 구조의 시공 방법.