KR102104962B1 - 각형 압력탱크 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 각형 압력탱크에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내부 고압을 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 공간의 효율성을 높일 수 있는 각형 압력탱크에 관한 것이다.

Description

각형 압력탱크
본 발명은 각형 압력탱크에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내부 고압을 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 공간의 효율성을 높일 수 있는 각형 압력탱크에 관한 것이다.
천연가스는 일반적으로 생산지로부터 파이프라인을 통해 파이프가스(PNG)를 소비지로 공급하거나, 생산지와 소비지가 거리가 먼 경우에는 선박을 통해 액화를 거친 액화천연가스(LNG) 형태로 공급되며, 이 때, 액화천연가스는 일반적인 액화천연가스의 사용처뿐만 아니라, 선박과 같은 운송수단의 연료로 직접 사용되며, 이를 위해 일반적으로 실린더형의 압력탱크에 저장하여 사용하게 된다.
실린더형 압력탱크는 내압성이 좋고 부피가 작아 자동차 등에서는 사용이 편리하지만, 선박과 같이 대용량의 액화천연가스가 필요한 경우에는 다수 개의 실린더형 압력탱크를 설치해야 하며, 특히, 액화천연가스를 선박의 연료로도 사용하는 경우에는 수 많은 실린더형 압력탱크를 선박 내에 설치해야 하므로, 실린더형 압력탱크는 복수의 압력탱크 배치시 압력탱크 간의 간격으로 인해 선박 내에서 차지하는 공간이 과다해지는 문제점이 있다.
상기 문제를 해결하기 위해 실린더형이 아닌 멤브레인형 또는 구형 탱크 시스템이 개발된 바 있으며, 또한, 본 발명자는 WO2012-148154를 통해 상기 멤브레인형 또는 구형 탱크 시스템의 단점을 개선한 격자형 압력탱크를 제시한바 있다.
상기 종래의 격자형 압력탱크는 박스형으로 탱크를 제작하되, 내부를 다수의 격자구조로 형성함으로써 강도를 향상시킬 수 있다. 그러나 상기 격자형 압력탱크를 대형선박뿐만 아니라, 중, 소형선박에도 이용할 수 있도록 소형으로 제작하는 경우에는 격자 사이에 작업자가 투입되어 탱크의 유지보수를 수행할 수 있는 작업공간이 협소하여 탱크의 제작과 유지보수가 어려운 문제점이 있다.
또한, 실린더 압력 용기의 경우에는 각 부재의 두께를 산정하는 식들이 제안되거나 규정(예: ASME Boiler and Pressure Vessel Code)되어 있는 반면, 각형 압력탱크의 경우에는 설계에 적용 가능한 설계 산식들이 제안되거나 규정되어 있지 않은 문제점이 있다.
또한, 압력 탱크의 외부 형상이 수용되는 공간의 형상에 따라 변경될 수 없는 문제점이 있다.
특허문헌 1 WO2012-148154
또한, 각형 압력탱크를 설계하고 제작하는데 필요한 설계 변수를 특정하고, 공간 효율성과 내압성을 만족시킬 수 있는 내부 격자 구조를 갖는 압력 탱크의 설계 산식들을 제공하고자 한다.
또한, 압력탱크의 외부 형상이 수용되는 공간의 형상에 따라 변경할 수 있고, 이때 필요한 설계 변수 및 설계 산식을 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 각형 압력탱크는 다수의 격자판이 길이방향, 폭방향 및 높이방향으로 이격되도록 배치되되, 내부에는 길이방향으로 중공되어 형성되는 내부중공부를 포함하도록 형성되는 내부격자부; 및 상기 내부격자부의 외부면을 감싸도록 형성되는 탱크외판;을 포함하는 각형 압력탱크에 있어서, 상기 탱크외판의 적어도 하나 이상의 면이 완곡된 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 내부격자부는 길이방향으로 이격되도록 배치되는 길이방향보조부재, 높이방향으로 이격되도록 배치되는 높이방향보조부재 및 폭방향으로 이격되도록 배치되는 폭방향보조부재로 구성되되, 상기 길이방향보조부재, 높이방향보조부재, 폭방향보조부재 중 어느 하나 이상의 모서리가 상기 완곡된 곡면을 갖는 탱크 외판에 대응하는 형상으로 형성되어, 탱크외판에 작용하는 압력하중을 지탱하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 내부격자부는 길이방향, 폭방향 및 높이방향의 모서리가 직선 또는 곡선으로 절삭되어 형성되는 격자절삭부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 탱크외판은 상기 내부격자부의 평면을 감싸도록 형성되는 평면외판부와, 상기 격자절삭부를 감싸도록 형성되는 절삭외판부를 포함하고, 상기 격자절삭부의 모서리와 절삭외판부의 사이에는 일정 공간이 형성되어 유체가 이동할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 길이방향보조부재에는 원형 또는 타원형의 길이방향개구부가 형성되며, 상기 길이방향개구부의 면적은 길이방향보조부재 면적의 90% 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 폭방향보조부재에는 폭방향개구부가 형성되고, 상기 높이방향보조부재에는 높이방향개구부가 형성되되, 상기 폭방향보조부재에서 폭방향개구부를 뺀 일측 폭방향목의 폭은 50mm 이상 3000mm 이하이고, 상기 높이방향보조부재에서 높이방향개구부를 뺀 일측 높이방향목의 폭은 50mm 이상 3000mm 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 길이방향보조부재는 1000mm 내지 5000mm의 간격을 두고 배열되며, 상기 폭방향보조부재 및 상기 높이방향보조부재는 400mm 내지 1000mm의 간격을 두고 배열되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 길이방향보조부재에는 단위 공간을 갖는 길이방향단위개구부가 복수개 형성 배열되어 길이방향개구부를 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 길이방향보조부재에 형성되는 상기 길이방향단위개구부의 수는 아래 식에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.
Figure 112018049413969-pct00001
(여기서 N : 길이방향단위개구부의 수, A0은 길이방향단위개구부의 면적, A1은 길이방향보조부재의 면적임)
또한, 상기 길이방향단위개구부의 폭방향 길이 또는 높이방향 길이는 300mm 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 각형 압력탱크는 내부 고압을 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 공간의 효율성을 높일 수 있는 장점이 있다.
도 1 내지 도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 각형 압력탱크를 나타낸 도면.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 제1실시예의 제1변형예에 따른 각형 압력탱크를 나타낸 도면.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 제1실시예의 제2변형예에 따른 각형 압력탱크를 나타낸 도면.
도 13 내지 도 16는 본 발명의 제2실시예에 따른 각형 압력탱크를 나타낸 도면.
도 17 내지 도 19는 본 발명의 제2실시예의 제1변형예에 따를 각형 압력탱크를 나타낸 도면.
도 20 내지 도 24는 본 발명의 제3실시예에 따른 각형 압력탱크를 나타낸 도면.
도 25 내지 도 29는 본 발명의 제4실시예에 따른 각형 압력탱크를 나타낸 도면.
도 30 내지 도 35은 본 발명의 제4실시예의 제1변형예에 따른 각형 압력탱크를 나타낸 도면.
도 36 내지 도 37은 본 발명의 제4실시예의 제2변형예에 따른 각형 압력탱크를 나타낸 도면.
도 38 내지 도 45는 본 발명의 제5실시예에 따른 각형 압력탱크를 나타낸 도면.
도 46 내지 도 48은 본 발명의 제5실시예의 제1변형예에 따른 각형 압력탱크를 나타낸 도면.
도 49 내지 도 51은 본 발명의 제5실시예의 제2변형예에 따른 각형 압력탱크를 나타낸 도면.
도 52 내지 도 53은 본 발명의 제5실시예의 제3변형예에 따른 각형 압력탱크를 나타낸 도면.
이하, 상기한 바와 같은 특징을 가지는 각형 압력탱크를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
<본 발명의 제1실시예에 따른 각형 압력탱크>
도 1 내지 도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 각형 압력탱크를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 의한 각형 압력탱크(100)는 다수의 격자판(111)이 길이방향, 폭방향 및 높이방향으로 이격되도록 배치되되, 내부에 길이방향으로 중공되어 형성되는 내부중공부(113)를 포함하는 내부격자부(110)와 상기 내부격자부(110)의 외부면을 감싸도록 형성되는 탱크외판(120)을 포함하여 구성된다.
이 때, 상기 내부격자부(110)는 길이방향, 폭방향 및 높이방향의 모서리가 직선 또는 곡선으로 절삭되어 형성되는 격자절삭부(112)를 포함한다.
상기 격자절삭부(112)는 상기 탱크외판(120)의 용접이 마무리 되는 지점으로 상기 격자절삭부(112)와 상기 탱크외판(120) 사이의 공간은 운전 시 유체의 이동 통로가 된다.
상기 내부격자부(110)의 외부면을 감싸도록 형성되는 탱크외판(120)은 상기 내부격자부(110)의 평면을 감싸도록 형성되는 평면외판부(121)와 상기 평면외판부(121)들을 연결하되, 상기 격자절삭부(112)를 감싸도록 형성되는 절삭외판부(122)를 포함하여 구성된다.
본 발명의 제1실시예에 따른 각형 압력탱크의 내부격자부 및 탱크외판의 구성을 좀 더 상세하게 설명한다.
도 1에서 상기 탱크외판(120)은 상기 탱크외판(120)의 높이방향 길이를 H라 할 때, 상기 탱크외판(120)의 폭방향 길이 W는 0.5*H 이상 1.5*H 이하의 범위로 형성되고, 상기 탱크외판(120)의 길이방향 길이 L은 1.5*H 이상으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 평면외판부(121)들이 연결되는 부분으로서, 상기 격자절삭부(112)를 감싸도록 형성되는 상기 절삭외판부(122)는 일정 곡률(R)을 가지도록 형성되며, 상기 절삭외판부(112)는 0.3*H 이하의 곡률을 가지되, 최소 250mm 이상의 곡률을 가지는 것이 바람직하다.
아울러, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 격자절삭부(112)와 절삭외판(122) 사이의 공간은 운전 시 유체의 이동 통로가 된다.
아울러, 상기 탱크외판(120)의 두께를 결정하기 위한 설계압력 P는 내부 저장유체의 계기압을 기준으로 결정되며, 일반적으로 1.0bar 이상 50.0bar 이하인 것이 바람직하다.
상기 탱크외판(120)은 상기 평면외판부(121)의 두께(tp)와 상기 절삭외판부(122)의 두께(tc)는 각 재료의 인장강도와 항복강도에 안전계수를 감안하여 허용응력을 산정하고, 상기 탱크외판(120)에 발생하는 응력값이 허용응력을 넘지 않도록 상기 평면외판부(121)의 두께(tp)와 절삭외판부(122)의 두께(tc)를 결정할 수 있으며, 바람직하게는 상기 평면외판부(121)의 두께(tp)는 50mm 이하, 상기 절삭외판부(122)의 두께(tc)는 상기 평면외판부(121)의 두께(tp)와 같거나 작게 하되, 두께 차이는 용접 제한 기준에 근거하여 제한한다.
또한, 굽힘 응력 이외에 막 응력(membrane stress)에 의한 허용 기준도 만족하여야 하는데, 통상적으로 평판에 작용하는 굽힘 응력이 막 응력보다 상대적으로 훨씬 크기 때문에, 굽힘 응력에 대한 기준을 만족하면 막 응력에 대한 기준도 만족한다.
도 3에서 보는 바와 같이, 상기 내부격자부(110)는 다수의 격자판(111)이 높이방향, 길이방향 및 폭방향으로 이격되어 배치되도록 형성되며, 좀 더 상세하게는 상기 내부격자부(110)를 형성하는 격자판(111)은 길이방향으로 이격되도록 배치되는 길이방향보조부재(111a), 높이방향으로 이격되도록 배치되는 높이방향보조부재(111b) 및 폭방향으로 이격되도록 배치되어 형성되는 폭방향보조부재(111c)로 구성된다.
상기 내부격자부(110)의 전체 길이방향 길이, 폭방향 길이 및 높이방향 길이는 상기 탱크외판(120)의 길이방향 길이(L), 폭방향 길이(W) 및 높이방향 길이(H)와 동일하고, 상기 내부격자부(110)의 끝단이 상기 탱크외판(120)의 내면에 접합된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 길이방향으로 이격되도록 형성되는 길이방향보조부재(111a)에는 내부 제작 시, 작업자들에게 필요한 최소한의 작업공간을 제공하기 위한 내부중공부(113)를 형성하는 길이방향개구부(111a-1)가 형성되며, 상기 길이방향개구부(111a-1)의 형상은 내부 압력을 균일하게 분포시킬 수 있도록 원형 또는 타원형으로 형성되는 것이 바람직하다.
이 때, 상기 길이방향개구부(111a-1)의 폭방향 길이를 WL, 높이방향 길이를 HL이라 할 때, 내부 제작 시에 작업자들에게 작업공간을 제공하기 위하여, 상기 길이방향개구부(111a-1)의 폭방향 길이(WL)와 높이방향 길이(HL)는 1200mm 이상으로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 길이방향보조부재(111a)가 갖는 최소폭 (W-WL)/2 또는 (H-HL)/2는 최소 50mm, 최대 300mm 사이의 치수를 갖는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 길이방향보조부재(111a)는 일정한 간격(GL)을 갖고 길이방향으로 다수가 배열되며, 이 때, 상기 길이방향보조부재(111a)간의 일정한 간격(GL)이 너무 좁으면 용접이 불가하므로, 250mm 이상의 공간을 확보하도록 일정한 간격을 갖는 것이 바람직하다.
이 때, 상기 길이방향보조부재(111a)는 상기 탱크외판(120)의 바닥과 천정을 연결하여 내부 압력을 견뎌야 하므로, 상기 길이방향보조부재(111a)의 가장 작은 단면적에 허용 응력을 곱한 값은 상기 탱크외판(120)의 바닥과 천정에 가해지는 압력보다 커야 함은 물론이다.
즉, 상기 길이방향보조부재(111a)가 이격되는 길이방향 길이만큼의 힘의 균형을 계산하여 구할 수 있으며, 아래 [식 1]을 만족해야 한다.
[식 1]
Figure 112018049413969-pct00002
Figure 112018049413969-pct00003
또한, 상기 길이방향보조부재(111a)는 상기 탱크외판(120)의 양쪽 벽면을 연결하여 내부 압력을 견뎌야 함으로써, 양쪽 벽면에 대해서도 동일한 방법으로 아래 [식 2]를 만족해야 한다.
[식 2]
Figure 112018049413969-pct00004
따라서, 상기 길이방향보조부재(111a)의 두께는 위의 두 식을 만족하는 격자판(111)의 좌굴을 방지하는 최소한의 강성을 갖는 두께로 형성되어야 하고, 성형 후 두께가 부식되는 부분의 여유를 제외하고 5mm 이상이되, 상기 평면외판부(121)의 두께(tp)와 절삭외판부(122)의 두께(tc)의 최대값인 50mm를 초과하지 않는 것이 바람직하다.
한편, 길이방향보조부재(111a)는 도 5에서와 같이 길이방향으로 다수 개 배열되며, 내부압력이 집중되는 끝단부에 배치되는 길이방향보주부재(111a)와 탱크외판(120)의 길이방향 끝단의 평면외판부(121)와의 간격(GL_E)은 아래 [식 3]에서와 같이, 상기 탱크외판(120)의 길이방향 길이(L)에서 양쪽 모서리 격자절삭부(112)의 곡률(R)을 뺀 길이를 격자판(111)의 개수(N)와 일정한 간격(GL)에 따라 구해진 길이를 뺀 값으로부터 결정된다.
[식 3]
GL_E=(L-2*R-(N-1)*GL)/2
끝단부에 배치되는 상기 길이방향보조부재(111a)와 탱크외판(120)의 길이방향 끝단의 평면외판부(121)와의 간격(GL_E)는 바람직하게는 다른 길이방향보조부재 (111a)사이의 일정한 간격(GL)의 3/4 이하이되, 작업자의 용접 작업을 고려하여 100mm 이상인 것이 바람직하다.
상기 내부개구부(111a-1)의 형상은 원형이 가장 이상적이지만, 타원형이나 모서리가 둥글게 된 사격형의 형태 등, 허용 응력의 기준을 만족하는 범위 내에서 모든 형상의 실시예가 가능하다.
도 5에 도시된 바와 같이, 높이방향으로 이격되도록 형성되는 높이방향보조부재(111b)의 길이방향 길이, 폭방향 길이는 상기 탱크외판(120)의 길이방향 길이(L) 및 폭방향 길이(W)와 동일하고, 내부에는 모서리가 둥근 사각형의 높이방향개구부(111b-1)가 형성된다.
상기 높이방향개구부(111b-1)의 길이방향 길이를 LH, 폭방향 길이를 WH라고 할 때, 상기 높이방향개구부(111b-1)의 길이방향 길이(LH)와 폭방향 길이(WH)는 내부 제작 시에, 작업자들에게 작업공간을 제공하기 위한 최소 크기가 보장되어야 하며, 1000mm 이상인 것이 바람직하다.
한편, 높이방향보조부재(111b)가 갖는 최소폭 (L-LH)/2 또는 (W-WH)/2는 최소 50mm, 최대 300mm 사이의 치수를 갖는 것이 바람직하다.
상기 높이방향보조부재(111b)의 두께는 좌굴을 방지하는 최소한의 강성을 갖는 두께로 형성되어야 하고, 성형 후 두께가 부식되는 부분의 여유를 제외하고 5mm 이상인 것이 바람직하며, 상기 [식 1]과 [식 2]의 유사한 방법에 의해 최소두께를 결정할 수 있다.
상기 높이방향보조부재(111b)는 상기 길이방향보조부재와 마찬가지로 일정한 간격(GH)를 갖고 높이방향으로 다수가 배열되며, 이 때 일정한 간격(GH)이 너무 좁으면 용접이 불가하므로, 250mm 이상의 공간을 확보하는 것이 바람직하다.
한편, 내부압력이 집중되는 끝단부에 배치되는 높이방향보조부재(111b)와 탱크외판(120)의 높이방향 끝단의 평면외판부(121)와의 간격(GH_E)은 상기 [식 3]과 유사한 방법으로 결정될 수 있다.
끝단부에 배치되는 높이방향보조부재(111b)와 탱크외판(120)과의 높이방향 끝단의 평면외판부(121)와의 간격(GH_E)은 바람직하게는 다른 높이방향보조부재(111b) 사이의 간격(GH)의 3/4이하이되, 작업자의 용접 작업을 고려하여 100mm이상인 것이 바람직하다.
높이방향개구부(111b-1)의 길이방향 양단의 형상은 힘을 균일하게 분포시키기 위해 원형으로 이루어지는 것이 바람직하다.
도 6은 폭방향으로 이격되도록 배치되는 폭방향보조부재(111c)를 도시한 것으로 폭방향보조부재(111c)는 상술된 상기 높이방향보조부재(111b)와 동일한 형태를 가지도록 구성된다.
상기 폭방향개구부(111c-1)의 길이방향 길이를 LW, 높이방향 길이를 HW라고 할 때, 상기 폭방향개구부(111c-1)의 길이방향 길이(LW)와 높이방향 길이(HW)는 내부 제작 시에, 작업자들에게 작업공간을 제공하기 위한 최소 크기가 보장되어야 하며, 1000mm 이상인 것이 바람직하다.
한편, 폭방향보조부재(111c)가 갖는 최소폭 (L-LW)/2 또는 (H-HW)/2는 최소 50mm, 최대 300mm 사이의 치수를 갖는 것이 바람직하다.
상기 폭방향보조부재(111c)의 두께는 좌굴을 방지하는 최소한의 강성을 갖는 두께로 형성되어야 하고, 성형 후 두께가 부식되는 부분의 여유을 제외하고 5mm 이상인 것이 바람직하며, 상기 [식 1]과 [식 2]의 유사한 방법에 의해 최소 두께를 결정할 수 있다.
상기 폭방향보조부재(111c)는 상기 길이방향보조부재 및 높이방향보조부재와 마찬가지로 일정한 간격(GW)을 갖고 폭방향으로 다수가 배열되며, 이 때 일정한 간격(GW)이 너무 좁으면 용접이 불가하므로, 최소 250mm 이상의 공간을 확보하는 것이 바람직하다.
한편, 내부압력이 집중되는 끝단부에 배치되는 폭방향보조부재(111c)와 탱크외판(120)의 높이방향 끝단의 평면외판부(121)와의 간격(GW_E)은 상기 [식 3]과 유사한 방법으로 결정될 수 있다.
끝단부에 배치되는 폭방향보조부재(111c)와 탱크외판(120)과의 폭방향 끝단의 평면외판부(121)와의 간격(GW_E)는 바람직하게는 다른 폭방향보조부재(111c) 사이의 간격(GW)의 3/4이하이되, 작업자의 용접 작업을 고려하여 100mm 이상인 것이 바람직하다.
상기 폭방향개구부(111c-1)의 길이방향 양단의 형상은 힘을 균일하게 분포시키기 위해 원형으로 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 상기에 기재된 내부격자부(110)에는 기체의 유동을 위해 형성되는 기체통과부(미도시) 및 액체의 유동을 위해 형성되는 액체통과부(미도시)가 부가적으로 형성될 수 있다.
<본 발명의 제1실시예의 제1변형예에 따른 각형 압력탱크>
도 7 내지 도 9는 본 발명의 제1실시예의 제1변형예에 따른 각형 압력탱크를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 제1실시예의 제1변형예에 따른 각형 압력탱크(100)는 내부격자부(110)의 내부 제작 시, 작업자들에게 필요한 최소한의 작업 공간을 제공하기 위해 내부중공부(113)가 형성되되, 도 8에서와 같이 상기 내부중공부(113)가 폭방향으로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 한다.
즉, 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예의 제1변형예에 따른 각형 압력탱크(100)는 상기 길이방향보조부재(111a)에 2개의 내부중공부(113)를 형성하기 위한 2개의 길이방향개구부(111a-1)를 형성함으로써, 각형 압력탱크(100)의 내압성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
아울러, 길이방향개구부(111a-1)간 폭방향으로 이격된 길이 M은 최소 300mm 이상인 것이 바람직하다.
이 때, 본 발명의 제1실시예의 제1변형예에 따른 각형 압력탱크(100)는 상기 탱크외판(120)의 높이방향 길이를 H라 할 때, 폭방향 길이 W는 1.5*H 이상 3.0*H 이하의 범위로 형성하고, 길이방향 길이 L은 1.5*H 이상으로 형성하는 것이 바람직하다.
<본 발명의 제1실시예의 제2변형예에 따른 각형 압력탱크>
도 10 내지 도 12는 본 발명의 제1실시예의 제2변형예에 따른 각형 압력탱크를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 제1실시예의 제2변형예에 따른 각형 압력탱크(100)는 내부격자부(110)의 내부 제작 시, 작업자들에게 필요한 최소한의 작업 공간을 제공하기 위한 내부중공부(113)가 형성되되, 도 11에서와 같이 상기 내부중공부(113)가 폭방향 및 높이방향으로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 길이방향개구부(111a-1)간의 이격된 길이 M은 폭방향으로의 이격된 길이 M1, 높이방향으로의 이격된 거리 M2가 최소 300mm 이상인 것이 바람직하다.
이 때, 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예의 제2변형예에 따른 각형 압력탱크(100)는 상기 길이방향보조부재(111a)의 내부에 4개의 내부중공부(113)를 형성하기 위한 4개의 길이방향개구부(111a-1)가 형성됨으로써, 탱크의 크기가 커지더라도 내압성을 유지할 수 있으며, 각형 압력탱크의 높이방향 길이(H)가 10000mm 이상인 경우에는 제1실시예의 제2변형예에 의한 각형 압력탱크의 형태로 구성하는 것이 바람직하다.
이 때, 본 발명의 제1실시예의 제2변형예에 따른 각형 압력탱크(100)는 상기 탱크외판(120)의 높이방향 길이를 H라 할 때, 폭방향 길이 W는 0.5*H 이상 1.5*H 이하의 범위로 형성하고, 길이방향 길이 L은 1.5*H 이상으로 형성하는 것이 바람직하다.
<본 발명의 제2실시예에 따른 각형 압력탱크>
도 13 내지 도 16은 본 발명의 제2실시예에 따른 각형 압력탱크를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 제2실시예에 따른 각형 압력탱크(200)는 다수의 격자판(211)이 길이방향으로 이격되도록 배치되며, 내부에는 길이방향으로 중공되어 형성되는 내부중공부(213)를 포함하되, 길이방향 양단에 다수의 격자판(211)이 폭방향 및 높이방향으로 이격되도록 배치되는 보강격자부(205)를 포함하는 내부격자부(210) 및 상기 내부격자부(210)의 외부면을 감싸도록 형성되는 탱크외판(220)을 포함하여 구성된다.
이 때, 상기 내부격자부(210)는 상술한 제1실시예에 따른 각형 압력탱크(100)와 마찬가지로 길이방향, 폭방향 및 높이방향의 모서리가 직선 또는 곡선으로 절삭되어 형성되는 격자절삭부(212)를 포함한다.
상기 탱크외판(220)은 상기 내부격자부(210)의 평면을 감싸도록 형성되는 평면외판부(221)와 상기 격자절삭부(213)를 감싸도록 형성되는 절삭외판부(222)를 포함하여 구성된다.
본 발명의 제2실시예에 의한 각형 압력탱크(200)의 내부격자부(210) 및 탱크외판(220)의 구성을 좀 더 상세하게 설명한다.
상기 탱크외판(220)은 상기 탱크외판(220)의 높이방향 길이를 H라 할 때, 상기 탱크외판(220)의 폭방향 길이 W는 1.2*H 이하로 형성되고, 길이방향 길이 L은 1.5*H 이상으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 평면외판부(221)들이 연결되는 부분으로서, 상기 격자절삭부(212)를 감싸도록 형성되는 상기 절삭외판부(222)는 일정 곡률(R)을 가지도록 형성되며, 상기 절삭외판부(222)는 0.3*H 이하의 곡률을 가지되, 최소 250mm 이상의 곡률을 가지는 것이 바람직하다.
아울러, 설계압력 P는 내부 저장유체의 계기압을 기준으로 결정되며, 1.0bar 이상 50.0bar 이하인 것이 바람직하다.
상기 탱크외판(220)의 평면외판부(221)의 두께(tp)와 절삭외판부(222)의 두께(tc)는 각 재료의 인장강도와 항복강도에 안전계수를 감안하여 허용응력을 산정하고 상기 탱크외판(220)에 발생하는 응력치가 허용응력을 넘지 않도록 평면외판부(221)의 두께(tp)와 절삭외판부(222) 두께(tc)를 결정하며, 바람직하게는 평면외판부(221)의 두께(tp)는 50mm 이하이고, 절삭외판부(222)의 두께(tc)는 평면외판부(221)의 두께(tp)와 같거나 작게 하되 두께 차이는 용접 제한 기준에 근거하여 제한한다.
또한, 굽힘 응력 이외에 막 응력(membrane stress)에 의한 허용 기준도 만족하여야 하는데, 통상적으로 평판에 작용하는 굽힘 응력이 막 응력보다 상대적으로 훨씬 크기 때문에, 굽힘 응력에 대한 기준을 만족하면 자동으로 막 응력에 대한 기준도 만족한다.
상기에 기재된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 각형 압력탱크(200)의 상기 내부격자부(210)는 다수의 격자판(211)이 길이방향으로 이격되도록 배치되되, 상기 내부격자부(210) 양단에 다수의 격자판(211)이 높이방향 및 폭방향으로 이격되도록 배치되는 보강격자부(205)를 포함하며, 좀 더 상세하게 설명하자면, 상기 내부격자부(210)는 길이방향으로 이격되도록 배치되는 길이방향보조부재(211a)를 포함하며, 상기 보강격자부(205)는 높이방향으로 이격되도록 배치되는 높이방향보조부재(211b)와 폭방향으로 이격되도록 배치되는 폭방향보조부재(211c)로 구성된다.
상기 내부격자부(210)의 길이방향 길이, 폭방향 길이 및 높이방향 길이는 상기 탱크외판(220)의 길이방향 길이(L), 폭방향 길이(W) 및 높이방향 길이(H)와 동일하고, 상기 내부격자부(210)의 끝단이 상기 탱크외판(220)의 내면에 접합된다.
도 15에 도시된 바와 같이, 길이방향으로 이격되도록 형성되는 길이방향보조부재(211a)에는 내부 제작 시, 작업자들에게 필요한 최소한의 작업공간을 제공하기 위한 내부중공부(213)를 형성하는 길이방향개구부(211a-1)가 형성되며, 상기 길이방향개구부(211a)의 형상은 내부 압력을 균일하게 분포시킬 수 있도록 원형 또는 타원형으로 형성되는 것이 바람직하다.
이 때, 상기 길이방향개구부(211a-1)의 폭방향 길이를 WL, 높이방향 길이를 HL이라 할 때, 내부 제작 시에 작업자들에게 작업공간을 제공하기 위하여, 상기 길이방향개구부(211a-1)의 폭방향 길이(WL)와 높이방향 길이(HL)는 1200mm 이상으로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 길이방향보조부재(211a)가 갖는 최소폭 (W-WL)/2 또는 (H-HL)/2는 최소 50mm, 최대 300mm 사이의 치수를 갖는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 길이방향보조부재(211a)는 일정한 간격(GL)을 갖고 길이방향으로 다수가 배열되며, 이 때, 상기 길이방향보조부재(211a)간의 일정한 간격(GL)이 너무 좁으면 용접이 불가하므로, 250mm 이상의 공간을 확보하도록 일정한 간격을 갖는 것이 바람직하다.
이 때, 상기 길이방향보조부재(211a)는 상기 탱크외판(220)의 바닥과 천정을 연결하여 내부 압력을 견뎌야 하므로, 상기 길이방향보조부재(211a)의 가장 작은 단면적에 허용 응력을 곱한 값은 상기 탱크외판(220)의 바닥과 천정에 가해지는 압력보다 커야 함은 물론이다.
즉, 상기 길이방향보조부재(211a)가 이격되는 폭방향 거리만큼의 힘의 균형을 계산하여 구할 수 있으며, 상기 [식 1]을 만족해야 한다.
또한, 상기 길이방향보조부재(211a)는 상기 탱크외판(220)의 양쪽 벽면을 연결하여 내부 압력을 견뎌야 하므로, 양쪽 벽면에 대해서도 동일한 방법으로 상기 [식 2]를 유도할 수 있다.
따라서, 상기 길이방향보조부재(211a)의 두께는 위의 두 식을 만족하는 격자판(211)의 좌굴을 방지하는 최소한의 강성을 갖는 두께로 형성되어야 하고, 성형 후 두께가 부식되는 부분의 여유를 제외하고 5mm 이상이되, 상기 평면외판부(221)의 두께(tp)와 절삭외판부(222)의 두께(tc)의 최대값인 50mm를 초과하지 않는 것이 바람직하다.
상기 길이방향개구부(211a)의 형상은 원형이 가장 이상적이지만, 타원형이나 모서리가 둥글게 된 사각형의 형태 등, 허용 응력의 기준을 만족하는 범위 내에서 모든 형상의 실시예가 가능하다.
도 16에 도시된 바와 같이, 상기 보강격자부(205)를 형성하되, 높이방향으로 이격되도록 배치되는 높이방향보조부재(211b)의 폭방향 길이는 상기 탱크외판(220)의 폭방향 길이와 동일하다.
이 때, 상기 높이방향보조부재(211b)가 갖는 길이방향 최소길이(LH_S) 또는 폭방향 최소길이(WH_S)는 최소 50mm 내지 최대 300mm 사이의 치수를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 높이방향보조부재(211b)의 두께는 좌굴을 방지하는 최소한의 강성을 갖는 두께로 형성되어야 하고, 성형 후 두께가 부식되는 부분의 여유를 제외하고 5mm 이상인 것이 바람직하며, 상기 [식 1] 및 [식 2]와 같은 유사한 방법에 의해 최소두께를 결정할 수 있다.
상기 높이방향보조부재(211b)는 일정한 간격(GH)를 갖고 높이방향으로 다수가 배열되며, 이 때, 일정한 간격(GH)이 너무 좁으면 용접이 불가하므로, 250mm 이상의 공간을 확보하는 것이 바람직하다.
아울러, 내부압력이 집중되는 끝단부에 배치되는 높이방향보조부재(211b)와 탱크외판(220)의 높이방향 끝단의 평면외판부(221)와의 간격(GH_E)은 상기 [식 3]과 유사한 방법으로 결정될 수 있다.
끝단에 배치되는 상기 높이방향보조부재(211b)와 탱크외판(220)의 높이방향 끝단의 평면외판부(221)의 간격(GH_E)은 바람직하게는 다른 높이방향보조부재(211b) 사이의 간격(GH)의 3/4 이하이되, 작업자의 용접 작업을 고려하여 100mm 이상인 것이 바람직하다.
도 16에 도시된 바와 같이, 상기 보강격자부(205)를 형성하되, 폭방향으로 이격되도록 배치되는 폭방향보조부재(211c)의 높이방향 길이는 상기 탱크외판(220)의 높이방향 길이(H)와 동일하다.
이 때, 상기 폭방향보조부재(211c)가 갖는 높이방향 최소길이(HW_S) 또는 길이방향 최소길이(LW_S)는 최소 50mm 내지 최대 300mm 사이의 치수를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 폭방향보조부재(211c)의 두께는 좌굴을 방지하는 최소한의 강성을 갖는 두께로 형성되어야 하고, 성형 후 두께가 부식되는 부분의 여유를 제외하고 5mm 이상인 것이 바람직하며, 상기 [식 1] 및 [식 2]와 같은 유사한 방법에 의해 최소두께를 결정할 수 있다.
상기 폭방향보조부재(211c)는 일정한 간격(GW)를 갖고 폭방향으로 다수가 배열되며, 이 때, 일정한 간격(GW)이 너무 좁으면 용접이 불가하므로, 250mm 이상의 공간을 확보하는 것이 바람직하다.
아울러, 내부압력이 집중되는 끝단부에 배치되는 폭방향보조부재(211c)와 탱크외판(220)의 폭방향 끝단의 평면외판부(221)와의 간격(GW_E)은 상기 [식 3]과 유사한 방법으로 결정될 수 있다.
끝단에 배치되는 상기 폭방향보조부재(211c)와 탱크외판(220)의 폭방향 끝단의 평면외판부(221)의 간격(GW_E)은 바람직하게는 다른 폭방향보조부재(211c) 사이의 간격(GW)의 3/4 이하이되, 작업자의 용접 작업을 고려하여 100mm 이상인 것이 바람직하다.
<본 발명의 제2실시예의 제1변형예에 따른 각형 압력탱크>
도 17 내지 도 19는 본 발명의 제2실시예의 제1변형예에 따른 각형 압력탱크를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 제2실시예의 제1변형예에 따른 각형 압력탱크(200)는 내부격자부(210)의 제작 시, 작업자들에게 필요한 최소한의 작업 공간을 제공하기 위한 내부중공부(213)가 형성되되, 상기 내부중공부(213)가 폭방향으로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 한다.
즉, 도 19에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예의 제1변형예에 따른 각형 압력탱크(200)는 상기 길이방향보조부재(211a)에 2개의 내부중공부(213)를 형성하기 위한 2개의 길이방향개구부(211a-1)를 형성함으로써, 각형 압력탱크(200)의 내압성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
아울러, 길이방향개구부(211a-1)의 폭방향 이격거리 M은 최소 300mm 이상인 것이 바람직하다.
이 때, 본 발명의 제2실시예의 제1변형예에 따른 각형 압력탱크(200)는 상기 탱크외판(220)의 높이방향 길이를 H라 할 때, 폭방향 길이 W는 1.5*H 이상 3.0*H 이하의 범위로 형성하고, 길이방향 길이 L은 1.5*H 이상으로 형성하는 것이 바람직하다.
<본 발명의 제3실시예에 따른 각형 압력탱크>
도 20 내지 도 24는 본 발명의 제3실시예에 따른 각형 압력탱크를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 제3실시예에 따른 각형 압력탱크(300)는 다수의 격자판(311)이 길이방향 및 높이방향으로 이격되도록 배치되되, 내부에는 길이방향으로 중공되어 형성되는 내부중공부(313)를 포함하도록 형성되는 내부격자부(310) 및 상기 내부격자부(310)의 외부면을 감싸도록 형성되는 탱크외판(320)을 포함하여 구성되되, 상기 내부중공부(313)는 폭방향으로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 내부중공부(313)의 폭방향으로의 이격거리는 300mm 이상인 것이 바람직하다.
이 때, 상기 내부격자부(310)는 길이방향, 폭방향 및 높이방향의 모서리가 직선 또는 곡선으로 절삭되어 형성되는 격자절삭부(312)를 포함한다.
또한, 상기 내부격자부(310)의 외부면을 감싸도록 형성되는 탱크외판(320)은 상기 내부격자부(310)의 평면을 감싸도록 형성되는 평면외판부(321)와 상기 평면외판부(321)들을 연결하되, 상기 격자절삭부(312)를 감싸도록 형성되는 절삭외판부(312)를 포함하여 구성된다.
본 발명의 제3실시예에 따른 각형 압력탱크(300)를 좀 더 상세하게 설명한다.
상기 탱크외판(320)은 상기 탱크외판(320)의 높이방향 길이를 H라 할 때, 폭방향 길이 W는 1.5*H 이상 3.0*H 이하의 범위로 형성되고, 길이방향 길이 L은 1.5*H 이상으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 평면외판부(321)들이 연결되는 부분으로서, 상기 격자절삭부(312)를 감싸도록 형성되는 상기 절삭외판부(322)는 일정 곡률(R)을 가지도록 형성되며, 상기 절삭외판부(322)는 0.3*H 이하의 곡률을 가지되, 최소 250mm 이상의 곡률을 가지는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 탱크외판(320)의 두께를 결정하기 위한 설계압력 P는 내부 저장유체의 계기압을 기준으로 하며, 일반적으로 1.0bar 이상 50.0bar 이하인 것이 바람직하다.
상기 탱크외판(320)은 상기 평면외판부(321)의 두께(tp)와 상기 절삭외판부(322)의 두께(tc)는 각 재료의 인장강도와 항복강도에 안전계수를 감안하여 허용응력을 산출하고, 상기 탱크외판(320)에 발생하는 응력값이 허용응력을 넘지 않도록 상기 평면외판부(321)의 두께(tp)와 절삭외판부(322)의 두께(tc)를 결정할 수 있으며, 바람직하게는 상기 평면외판부(321)의 두께(tp)는 50mm 이하, 상기 절삭외판부(322)의 두께(tc)는 상기 평면외판부(321)의 두께(tp)와 같거나 작게 하되, 두께 차이는 용접 제한 기준에 근거하여 제한한다.
또한, 굽힘 응력 이외에 막 응력에 의한 허용 기준도 만족하여야 하는데, 통상적으로 평판에 작용하는 굽힘 응력이 막 응력보다 상대적으로 훨씬 크기 때문에, 굽힘 응력에 대한 기준을 만족하면 막 응력에 대한 기준도 만족한다.
상기에 기재된 바와 같이, 상기 내부격자부(310)는 다수의 격자판(311)이 길이방향 및 높이방향으로 이격되어 배치되도록 형성되며, 좀 더 상세하게는 상기 내부격자부(310)를 이루는 상기 격자판(311)은 길이방향으로 이격되도록 배치되는 길이방향보조부재(311a), 높이방향으로 이격되도록 배치되는 높이방향보조부재(311b)로 구성된다.
상기 내부격자부(310)의 전체 길이방향 길이, 높이방향 길이는 상기 탱크외판(320)의 길이방향 길이(L), 높이방향 길이(H)와 동일하고, 상기 내부격자부(310)의 끝단이 상기 탱크외판(320)의 내면에 접합된다.
도 22에 도시된 바와 같이, 길이방향으로 이격되도록 형성되는 길이방향보조부재(311a)에는 내부 제작 시, 작업자들에게 필요한 최소한의 작업공간을 제공하기 위한 내부중공부(313)를 형성하는 길이방향개구부(311a-1)가 형성되며, 상기 길이방향개구부(311a-1)의 형상은 내부 압력을 균일하게 분포시킬 수 있도록 원형 또는 타원형으로 형성되는 것이 바람직하다.
이 때, 상기 길이방향개구부(311a-1)의 폭방향 길이를 WL, 높이방향 길이를 HL이라 할 때, 내부 제작 시에 작업자들에게 작업공간을 제공하기 위하여, 상기 길이방향개구부(311a-1)의 폭방향 길이(WL)와 높이방향 길이(HL)는 1200mm 이상으로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 길이방향보조부재(311a-1)가 갖는 최소폭 (W-WL)/2 또는 (H-HL)/2는 최소 50mm, 최대 300mm 사이의 치수를 갖는 것이 바람직하다.
이 때, 본 발명의 제3실시예에 따른 각형 압력탱크(300)는 상기 내부중공부(313)의 폭방향 이격거리가 300mm 이상으로 형성되는 것이 바람직하므로, 상기 내부중공부(313)를 형성하기 위한 상기 길이방향개구부(311a-1)간의 폭방향 이격거리 M은 최소 300mm 이상인 것이 바람직한 것은 물론이다.
아울러, 상기 길이방향보조부재(311a)는 일정한 간격(GL)을 갖고 길이방향으로 다수가 배열되며, 이 때, 상기 길이방향보조부재(311a)간의 일정한 간격(GL)이 너무 좁으면 용접이 불가하므로, 250mm 이상의 공간을 확보하도록 일정한 간격을 갖는 것이 바람직하다.
한편, 내부압력이 집중되는 끝단부에 배치되는 길이방향보조부재(311a)와 탱크외판(320)의 높이방향 끝단의 평면외판부(321)와의 간격(GL_E)은 상기 [식 3]과 유사한 방법으로 결정될 수 있다.
끝단부에 배치되는 길이방향보조부재(311a)와 탱크외판(320)과의 폭방향 끝단의 평면외판부(321)와의 간격(GL_E)는 바람직하게는 다른 길이방향보조부재(311a) 사이의 간격(GL)의 3/4이하이되, 작업자의 용접 작업을 고려하여 100mm 이상인 것이 바람직하다.
이 때, 상기 길이방향보조부재(311a)는 상기 탱크외판(320)의 바닥과 천정을 연결하여 내부 압력을 견뎌야 하므로, 상기 길이방향보조부재(311a)의 가장 작은 단면적에 허용 응력을 곱한 값은 상기 탱크외판(320)의 바닥과 천정에 가해지는 압력보다 커야 함은 물론이다.
즉, 상기 길이방향보조부재(311a)가 이격되는 길이방향 길이만큼의 힘의 균형을 계산하여 구할 수 있으며, 상기 [식 1]을 만족해야 한다.
또한, 상기 길이방향보조부재(311a)는 상기 탱크외판(320)의 양쪽 벽면을 연결하여 내부 압력을 견뎌야 하므로, 양쪽 벽면에 대해서도 동일한 방법으로 상기 [식 2]를 유도할 수 있다.
따라서, 상기 길이방향보조부재(311a)의 두께는 위의 [식 1]과 [식 2]를 만족하는 격자판(311)의 좌굴을 방지하는 최소한의 강성을 갖는 두께로 형성되어야 하고, 성형 후 두께가 부식되는 부분의 여유를 제외하고 5mm 이상이되, 상기 평면외판부(321)의 두께(tp)와 절삭외판부(322)의 두께(tc)의 최대값인 50mm를 초과하지 않는 것이 바람직하다.
상기 길이방향개구부(311-a)의 형상은 원형이 가장 이상적이지만, 타원형이나 모서리가 둥글게 된 사각형의 형태 등, 허용 응력의 기준을 만족하는 범위 내에서 모든 형상의 실시예가 가능하다.
도 23에 도시된 바와 같이, 높이방향으로 이격되도록 형성되는 높이방향보조부재(311b)의 길이방향 길이, 폭방향 길이는 상기 탱크외판(320)의 길이방향 길이(L) 및 폭방향 길이(W)와 동일하고, 내부에는 모서리가 둥근 사각형의 높이방향개구부(311b-1)가 형성된다.
상기 높이방향개구부(311b-1)의 길이방향 길이를 LH, 폭방향 길이를 WH라고 할 때, 상기 높이방향개구부(311b-1)의 길이방향 길이(LH)와 폭방향 길이(WH)는 내부 제작 시에, 작업자들에게 작업공간을 제공하기 위한 최소 크기가 보장되어야 하며, 1000mm 이상인 것이 바람직하다.
한편, 높이방향보조부재(311b)가 갖는 최소폭 (L-LH)/2 또는 (W-WH)/2는 최소 50mm, 최대 300mm 사이의 치수를 갖는 것이 바람직하다.
상기 높이방향보조부재(311b)의 두께는 좌굴을 방지하는 최소한의 강성을 갖는 두께로 형성되어야 하고, 성형 후 두께가 부식되는 부분의 여유를 제외하고 5mm 이상인 것이 바람직하며, 상기 [식 1]과 [식 2]의 유사한 방법에 의해 최소두께를 결정할 수 있다.
상기 높이방향보조부재(311b)는 일정한 간격(GH)를 갖고 높이방향으로 다수가 배열되며, 이 때 일정한 간격(GH)이 너무 좁으면 용접이 불가하므로, 250mm 이상의 공간을 확보하는 것이 바람직하다.
한편, 내부압력이 집중되는 끝단부에 배치되는 높이방향보조부재(311b)와 탱크외판(320)의 높이방향 끝단의 평면외판부(321)와의 간격(GH_E)은 상기 [식 3]과 유사한 방법으로 결정될 수 있다.
끝단부에 배치되는 높이방향보조부재(311b)와 탱크외판(320)과의 높이방향 끝단의 평면외판부(321)와의 간격(GH_E)은 바람직하게는 다른 높이방향보조부재(311b) 사이의 간격(GH)의 3/4이하이되, 작업자의 용접 작업을 고려하여 100mm이상인 것이 바람직하다.
높이방향개구부(311b-1)의 길이방향 양단의 형상은 힘을 균일하게 분포시키기 위해 원형으로 이루어지는 것이 바람직하다.
<본 발명의 제4실시예에 따른 각형 압력탱크>
도 25 내지 도 29는 본 발명의 제4실시예에 따른 각형 압력탱크를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 제4실시예에 따른 각형 압력탱크(400)는 내부에 중공되어 형성되는 내부개구부(411-1)를 포함하는 다수의 격자판(411)이 길이방향, 높이방향 및 폭방향으로 이격되도록 배치되되, 다수의 격자판(411)들이 면격자를 이루도록 서로 연결되어 형성되는 내부격자부(410) 및 상기 내부격자부(410)의 외부면을 감싸도록 형성되는 탱크외판(420)을 포함하여 구성된다.
이 때, 상기 내부격자부(410)는 적어도 하나 이상의 면이 완곡되어 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 상기 내부격자부(410)는 일면이 완곡된 곡면으로 형성됨으로써, 완곡면으로 형성되는 탱크외판(420)을 보강하여, 탱크외판에 작용하는 압력하중을 지탱하기 위한 탱크외판의 굽힘응력을 최소화하면서 막응력으로의 하중을 분산시킬 수 있다.
또한, 상기 내부격자부(410)는 길이방향, 폭방향 및 높이방향의 모서리가 직선 또는 곡선으로 절삭되어 형성되는 격자절삭부(412)를 포함하여 구성된다.
아울러, 상기 탱크외판(420)은 상기 내부격자부(410)의 평면을 감싸도록 형성되는 평면외판부(421)와 상기 탱크외판(420)의 곡면을 감싸도록 형성되는 완곡외판부(422-2) 및 상기 격자절삭부(412)를 감싸도록 형성되는 절삭외판부(422-1)를 포함하는 곡면외판부(422)로 구성된다.
본 발명의 제4실시예에 따른 각형 압력탱크(400)를 좀 더 상세하게 설명한다.
상기 탱크외판(420)은 높이방향 길이를 H라 할 때, 폭방향 길이 W는 1.5*H 이상으로 형성되며, 길이방향 길이 L은 1.5*H 이상으로 형성되거나, 2*W 이상으로 형성되는 것이 바람직하다.
이 때, 상기 곡면외판부(422)는 일정곡률을 가지도록 형성되며, 바람직하게는 상기 격자절삭부(412)를 감싸도록 형성되는 절삭외판부(422-1)는 0.1*H 이상 0.5*H 이하 범위의 곡률을 가지며, 상기 완곡외판부(422-2)는 1*H 이하의 곡률을 가지되, 최소 0.1*H 보다는 큰 곡률을 가지는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 탱크외판(420)의 두께를 결정하기 위한 설계압력 P는 내부 저장유체의 계기압을 기준으로 결정되며, 일반적으로 1.0bar 이상 50.0bar 이하인 것이 바람직하다.
상기 탱크외판(420)의 평면외판부(421)의 두께(tp)와 곡면외판부(422)의 두께(tc)는 각 재료의 인장강도와 항복강도에 안전계수를 감안하여 허용응력을 산정하고, 상기 탱크외판(420)에 발생하는 응력치가 허용응력을 넘지 않도록 상기 평면외판부(421)의 두께(tp)와 곡면외판부(422)의 두께(tc)를 결정하며, 바람직하게는 상기 평면외판부(421)의 두께(tp)는 50mm 이하이고, 상기 곡면외판부(422)의 두께(tc)는 상기 평면외판부(421)의 두께와 같거나 작게 하되, 두께 차이는 용접 제한 기준에 근거하여 제한한다.
또한, 굽힘 응력 이외에 막 응력(membrane stress)에 의한 허용 기준도 만족하여야 하는데, 통상적으로 평판에 작용하는 굽힘 응력이 막 응력보다 상대적으로 훨씬 크기 때문에 굽힘 응력에 대한 기준을 만족하면 자동으로 막 응력에 대한 기준도 만족한다.
상기에 기재된 바와 같이, 상기 내부격자부(410)는 중공된 내부개구부(411-1)를 포함하는 다수의 격자판(411)이 높이방향, 길이방향 및 폭방향으로 이격되어 배치되도록 형성되며, 좀 더 상세하게는 상기 내부격자부(410)는 길이방향으로 이격되도록 배치되는 길이방향보조부재(411a), 높이방향으로 이격되도록 배치되는 높이방향보조부재(411b) 및 폭방향으로 이격되도록 배치되어 형성되는 폭방향보조부재(411c)로 구성된다.
상기 내부격자부(410)의 전체 길이방향 길이, 폭방향 길이 및 높이방향 길이는 상기 탱크외판(420)의 길이방향 길이(L), 폭방향 길이(W) 및 높이방향 길이(H)와 동일하고, 상기 내부격자부(410)의 끝단이 상기 탱크외판(410)의 내면에 접합된다.
도 27에 도시된 바와 같이, 길이방향으로 이격되도록 형성되는 상기 길이방향보조부재(411a)에는 내부 제작 시, 작업자들에게 필요한 최소한의 작업공간을 제공하기 위한 내부개구부(411-1)를 형성하는 길이방향개구부(411a-1)가 형성되며, 상기 길이방향개구부(411a-1)의 형상은 내부 압력을 균일하게 분포시킬 수 있도록 원형 또는 타원형으로 형성되는 것이 바람직하다.
경우에 따라서는 길이방향개구부(411a-1)는 도 27의 (b)에서와 같이 일정 폭(WL)과 일정 높이(HL)를 갖는 개구부가 다수 개 배열되어 형성될 수 있다.
상기 길이방향보조부재(411a)는 길이방향으로 다수 개 배열되며, 이 때, 상기 길이방향보조부재(411a) 간의 일정한 간격(GL)은 1m 내지 5m 이하로 형성되는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 길이방향보조부재(411a)의 두께(tp)는 상기 [식 1]과 [식 2]를 만족하는 격자판(411)의 좌굴을 방지하는 최소한의 강성을 갖는 두께로 형성되어야 하고, 성형 후 두께가 부식되는 부분의 여유를 제외하고 5mm 이상이되, 상기 평면외판부(421)와 상기 곡면외판부(422)의 두께의 최대값인 50mm를 초과하지 않는 것이 바람직하다.
상기 길이방향개구부(411a-1)는 높이방향 길이를 HL, 상기 길이방향개구부(411a-1)의 폭방향 길이를 WL이라 할 때, 상기 길이방향개구부(411a-1)의 높이방향 길이 HL은 0.9*HP 이하로 형성되거나, 최소 300mm 이상으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 길이방향개구부(411a-1)의 폭방향 길이 WL은 0.9*WP 이하로 형성되며, 최소 300mm 이상으로 형성되는 것이 바람직하다.
이 때, HP는 상기 평면외판부(421)의 높이방향 길이를 말하며, WP는 상기 평면외판부(421)의 폭방향 길이를 말한다.
아울러, 상기 길이방향개구부(411a-1)의 둥근 모서리를 가지도록 형성되는 길이방향필렛부의 반경 RL은 상기 길이방향개구부(411a-1)의 높이방향 길이 및 폭방향 길이 중 최소값의 0.5배 이하로 형성되는 것이 바람직하며, 최소 1mm 이상으로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 길이방향보조부재(411a)에 형성되는 상기 길이방향개구부(411a-1)의 수는 아래 [식 4]를 통해 산출 가능하다.
[식 4]
Figure 112018049413969-pct00005
상기 [식 4]의 N은 길이방향개구부(411a-1)의 수이고, A0은 길이방향개구부(411a-1)의 면적이며, A1은 길이방향보조부재(411a)의 면적이다.
다시 말해, 상기 N의 수를 갖는 길이방향개구부(411a-1)의 총 면적은 상기 길이방향보조부재(411a)의 최대면적의 90% 이상을 넘지 않도록 형성하는 것이 바람직하다.
도 28에 도시된 바와 같이, 높이방향으로 이격되도록 형성되는 높이방향보조부재(411b)는 길이방향 길이가 상기 평면외판부(421)의 길이방향 길이(LP)와 동일하고, 상기 높이방향보조부재(411b)의 폭방향 길이는 상기 평면외판부의 폭방향 길이(WP)와 동일하며, 내부에는 모서리가 둥근 사각형의 높이방향개구부(411b-1)가 형성된다.
이 때, 상기 길이방향보조부재(411a) 및 폭방향보조부재(411c)와 면격자를 이루기 위한 상기 높이방향보조부재(411b)의 높이방향목 b1은 50mm 이상 3000mm 이하의 범위로 형성하는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 높이방향보조부재(411b)의 높이방향필렛부의 반경 RH는 최소 1mm 이상의 곡률을 가지도록 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 높이방향보조부재(411b)의 두께는 좌굴을 방지하는 최소한의 강성을 갖는 두께로 형성되어야 하고, 성형 후 두께가 부식되는 부분의 여유를 제외하고 5mm 이상인 것이 바람직하다.
상기 높이방향보조부재(411b)는 일정한 간격(GH)을 갖고 높이방향으로 다수가 배열되며, 이 때 일정한 간격(GH)이 너무 좁으면 용접이 불가하므로, 400mm 이상, 1000mm 이하의 공간을 확보하는 것이 바람직하다.
도 29에 도시된 바와 같이, 폭방향으로 이격되도록 형성되는 폭방향보조부재(411c)는 길이방향 길이가 상기 평면외판부(421)의 길이방향 길이(LP)와 동일하고, 상기 폭방향보조부재(411c)의 높이방향 길이는 상기 탱크외판(420)의 높이방향 길이(H)와 동일하며, 내부에는 모서리가 둥근 사각형의 폭방향개구부(411c-1)가 형성된다.
이 때, 상기 길이방향보조부재(411a) 및 높이방향보조부재(411b)와 면격자를 이루기 위한 폭방향보조부재(411c)의 폭방향목 b2는 50mm 이상 3000mm 이하의 범위로 형성되는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 폭방향보조부재(411c)의 폭방향필렛부의 반경 RW는 최소 1mm 이상의 곡률을 가지도록 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 폭방향보조부재(411c)의 두께는 좌굴을 방지하는 최소한의 강성을 갖는 두께로 형성되어야 하고, 성형 후 두께가 부식되는 부분의 여유를 제외하고 5mm 내지 50mm의 범위를 형성하는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 폭방향보조부재(411c)는 일정한 간격(GW)를 갖고 폭방향으로 다수가 배열되며, 이 때 일정한 간격(GW)이 너무 좁으면 용접이 불가하므로 400mm 내지 1000mm 이하의 공간을 확보하는 것이 바람직하다.
<본 발명의 제4실시예의 제1변형예에 따른 각형 압력탱크>
도 30 내지 도 34는 본 발명의 제4실시예의 제1변형예에 따른 각형 압력탱크를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 제4실시예의 제1변형예에 따른 각형 압력탱크(400)는 상기 내부격자부(410)가 폭방향 상부면이 곡면을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 길이방향보조부재(411a)의 높이방향 길이를 HL라고 할 때, 상기 길이방향보조부재(411a)의 폭방향 길이 WL은 1*HL 또는 0.5*HL 이상 2*HL 이하의 범위로 형성되는 것이 바람직하다.
아울러, 도 32의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 길이방향보조부재(411a)는 폭방향 양단 하부에 일정 곡률을 가지는 제1반경(R1)과 상기 길이방향보조부재(411a) 폭방향 양단 상부에 일정 곡률을 가지는 제2반경(R2) 및 상기 제2반경들을 연결하되, 일정곡률을 가지는 제3반경(R3)을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 길이방향보조부재(411a)의 높이방향 단위를 a, 폭방향 단위길이를 b라 할 때, 상기 제1반경(R1)의 곡률은 a 및 b와 같거나 작게 형성되는 것이 바람직하다.
(높이방향 단위길이 a는 상기 길이방향보조부재(411a)의 높이방향 길이 HL에서 상부기준선 이상의 길이를 제외한 상태의 길이를 1/N한 것으로, 이 때, N은 a의 개수이며, 폭방향 단위길이 b는 상기 길이방향보조부재(411a)의 폭방향 길이 WL에서 1/M한 것으로, 이 때 M은 b의 개수)
이 때, 상기 제1반경(R1)의 곡률이 a 또는 b보다 작을 경우, 상기 제1반경(R1)의 곡률은 100mm 이상으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제2반경(R2)의 곡률은 상기 제1반경(R1)의 곡률과 같거나 작게 형성되는 것이 바람직하며, 상기 제3반경(R3)의 곡률은 a의 유리수 배수로 표현 가능하다.
아울러, 상기 길이방향보조부재(411a)의 일정한 간격 GL은 a 또는 b와 동일하나, 5m를 넘지 않도록 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 길이방향보조부재의 두께는 성형 후, 부식 여유를 제외하고 5mm이상, 50mm 이하의 범위로 형성되는 것이 바람직하다.
아울러, 본 발명의 제4실시예의 제1변형예에 따른 각형 압력탱크(400)는 상기 길이방향개구부(411a-1)의 높이방향 길이를 HL, 상기 길이방향개구부(411a-1)의 폭방향 길이를 WL이라 할 때, 상기 길이방향개구부(411a-1)의 높이방향 길이 HL은 0.9*H 이하로 형성되며, 최소 300mm 이상으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 길이방향개구부(411a-1)의 폭방향 길이 WL은 0.9*W 이하로 형성되며, 최소 300mm 이상으로 형성되는 것이 바람직하다.
이 때, 상기 길이방향개구부(411a-1)의 둥근 모서리를 가지도록 형성되는 길이방향필렛부의 반경 RL은 상기 길이방향개구부(411a-1)의 높이방향 길이 및 폭방향 길이 중 최소값의 0.5배 이하로 형성되는 것이 바람직하되, 최소 1mm 이상으로 형성되는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 길이방향보조부재(411a)에 형성되는 상기 길이방향개구부(411a-1)의 수는 상기 [식 4]를 통해 산출 가능하다.
즉, 상기 N의 수를 갖는 길이방향개구부(411a-1)의 총 면적은 상기 길이방향보조부재(411a)의 최대 90% 이상을 넘지 않도록 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 길이방향보조부재(411a)의 높이방향 하단부에서 상기 길이방향개구부(411a-1)의 높이방향 하단까지의 길이 h1은 최소 300mm 이상으로 형성되며, 상기 길이방향보조부재(411a) 폭방향 측단에서 상기 길이방향개구부(411a-1)의 폭방향 측단까지의 길이 w1은 300mm 이상으로 형성되는 것이 바람직하다.
도 33에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4실시예의 제1변형예에 따른 각형 압력탱크(400)는 상기 내부격자부(410)의 길이방향 양단에 상기 탱크외판(420)의 내면과 접하는 적어도 하나 이상의 격자판(411)을 포함하는 엔드부(406)를 포함하여 구성된다.
상기 엔드부(406)를 형성하는 격자판(411)의 상기 길이방향보조부재(411a)의 단위길이 a와 상기 폭방향보조부재(411c)의 단위길이 b 및 상기 높이방향보조부재(411b)의 단위길이 c는 5m 이하로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 엔드부(406)를 형성하는 격자판(411)의 길이방향보조부재(411a), 폭방향보조부재(411c) 및 높이방향보조부재(411b)의 두께는 5mm 내지 50mm의 범위로 형성하는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 엔드부(406)를 형성하는 길이방향보조부재(411a), 폭방향보조부재(411c) 및 높이방향보조부재(411b)에 형성되는 엔드개구부(406-1)는 제1폭 E1이 600mm 이상, 0.9*b 이하의 범위로 형성하는 것이 바람직하며, 상기 엔드개구부(406-1)의 제2폭 E2는 600mm 이상, 0.9*a 이하의 범위로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 엔드부(406)의 엔드개구부(406-1)에 형성되는 필렛부인 엔드필렛부 반경 RE는 1mm 이상의 곡률을 가지도록 형성되는 것이 바람직하다.
도 34에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4실시예의 제1변형예에 따른 각형 압력탱크(400)는 상기 곡면외판부(422)의 완곡외판부(422-2)를 따라 형성되는 아치부(407)를 포함한다.
상기 아치부(407)의 높이방향 길이 HA는 아래 [식 5]를 이용하여 산출할 수 있다.
[식 5]
Figure 112018049413969-pct00006
이 때, h는 아치부(407) 호의 중심점 간 길이이며, Ra는 호의 반경이고, k는 아치부(407)의 측단 폭이다.
아울러, 상기 아치부(407)의 폭방향 길이 WA는 아래 [식 6]을 이용하여 산출할 수 있다.
[식 6]
Figure 112018049413969-pct00007
또한, 상기 아치부(407)의 두께는 5mm 내지 50mm의 범위로 형성되는 것이 바람직하다.
도 35에 도시된 바와 같이, 상기 엔드부(406)에 인접한 아치부(407)를 세미아치부의 형상으로 형성할 수 있다.
상기 세미아치부(407-1)의 높이방향 길이 HS는 상기 아치부(407)의 높이방향 길이와 동일하며, H=2l+n을 이용하여 구할 수 있다. 이 때, l은 세미아치부(407-1)의 상단길이이며, n은 세미아치부(407-1)의 중앙길이이다.
상기 세미아치부(407-1)의 폭방향 길이 WS는 상기 아치부(407)의 폭방향 길이와 동일하나, 형상에 따라 다른 폭방향 길이로 형성될 수 있음은 물론이다.
상기 세미아치부(407-1)의 대각선 길이 m은 반경 RS를 가지는 아치필렛부를 제외한 길이이며, 상기 아치필렛부의 반경 RS는 최소 1mm 이상으로 형성된다.
상기 세미아치부(407-1)의 측단폭 j는 상기 세미아치부(407-1)의 폭방향 길이 WS보다 작도록 형성되며, 상기 세미아치부(407-1)의 두께는 5mm 내지 50mm의 범위로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 대각선이 형성되는 각도 θ는 1도 내지 45도 이하의 값을 가지도록 형성되며, 상기 아치필렛부간의 거리 q는 상기 아치필렛부의 반경 RS를 고려하여 결정되는 것이 바람직하다.
<본 발명의 제4실시예의 제2변형예에 따른 각형 압력탱크>
도 36 내지 도 37은 본 발명의 제4실시예의 제2변형예에 따른 각형 압력탱크를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 제4실시예의 제2변형예에 따른 각형 압력탱크(400)의 탱크외판(420)은 폭방향 상부면과 양단이 곡면을 가지도록 형성되는 완곡외판부(422-2)를 포함하는 곡면외판부(422)를 포함한다.
<본 발명의 제5실시예에 따른 각형 압력탱크>
도 38 내지 도 45는 본 발명의 제5실시예에 따른 각형 압력탱크를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 제5실시예에 따른 각형 압력탱크(500)는 내부에 중공되어 형성되는 내부개구부(511-1)를 포함하는 다수의 격자판(511)이 길이방향, 폭방향 및 높이방향으로 이격되도록 배치되되, 다수의 격자판들(511)이 면격자를 이루도록 서로 연결되어 형성되는 내부격자부(510) 및 상기 내부격자부(510)의 외부면을 감싸도록 형성되는 탱크외판(520)을 포함하되, 상기 내부격자부(510)는 길이방향 일측이 폭방향 및 높이방향 중 어느 하나 이상의 방향으로 테이퍼지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 내부격자부(510)는 길이방향, 폭방향 및 높이방향의 모서리가 직선 또는 곡선으로 절삭되어 형성되는 격자절삭부(512)를 포함한다.
아울러, 상기 탱크외판(520)은 상기 내부격자부(510)의 평면을 감싸도록 형성되는 평면외판부(521)와 상기 격자절삭부(512)를 감싸도록 형성되는 절삭외판부(522)를 포함한다.
이 때, 상기 평면외판부(521)는 상기 내부격자부(510)의 평면을 감싸도록 형성되는 제1평면외판부(521-1)와 상기 제1평면외판부(521-1)와 높이방향 및 폭방향 중 어느 하나 이상의 방향으로 테이퍼지도록 형성되는 내부격자부(510)를 감싸도록 형성되는 제2평면외판부(521-2)를 포함하여 구성된다.
본 발명의 제5실시예에 따른 각형 압력탱크를 좀 더 상세하게 설명한다.
상기 탱크외판(520)은 전체 높이방향 길이를 H라 할 때, 상기 제1평면외판부(521-1)의 폭방향 길이 W1은 1.5*H 이상으로 형성되며, 테이퍼지도록 형성된 내부격자부(510)를 감싸는 제2평면외판부(521-2)의 폭방향 길이 W2는 상기 W1과 같거나, 테이퍼지도록 형성될 경우에는 작게 형성될 수 있다.
상기 탱크외판(520)의 전체 길이방향 길이 L은 1.5*H 이상으로 형성되며, 상기 탱크외판(520)의 전체 길이방향 길이 L 중, 상기 제1평면외판부(521-1)의 길이방향 길이 L1은 0.1*L 이상으로 형성되고, 상기 제2평면외판부(521-2)의 길이방향 길이 L2는 0.1*L 이상으로 형성되는 것이 바람직하다.
이 때, 상기 제1평면외판부(521-1)와 제2평면외판부(521-2)가 형성되는 각 θ는 135도 이상, 180도 이하로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 탱크외판(520)의 두께를 결정하기 위한 설계압력 P는 내부 저장유체의 계기압을 기준으로 결정되며, 1.0 bar 이상 50.0 bar 이하인 것이 바람직하다.
상기 탱크외판(520)의 평면외판부(521)의 두께(tp)와 절삭외판부(522)의 두께(tc)는 각 재료의 인장강도와 항복강도에 안전계수를 감안하여 허용응력을 산정하고 탱크외판에 발생하는 응력치가 허용응력을 넘지 않도록 평면외판부(521)의 두께(tp)와 절삭외판부(522)의 두께(tc)를 결정하며, 바람직하게는 평면외판부(521)의 두께(tp)는 50mm 이하이고, 절삭외판부(522)의 두께(tc)는 상기 평면외판부(521)의 두께(tp)와 같거나 작게 하되 두께 차이는 용접 제한 기준에 근거하여 제한한다.
또한, 굽힘 응력 이외에 막 응력(membrane stress)에 의한 허용 기준도 만족하여야 하는데, 통상적으로 평판에 작용하는 굽힘 응력이 막 응력보다 상대적으로 훨씬 크기 때문에 굽힘 응력에 대한 기준을 만족하면 자동으로 막 응력에 대한 기준도 만족한다.
상기 내부격자부(510)의 격자판(511)은 길이방향으로 이격되도록 배치되는 길이방향보조부재(511a), 높이방향으로 이격되도록 배치되는 높이방향보조부재(511b) 및 폭방향으로 이격되도록 배치되는 폭방향보조부재(511c)로 구성된다.
상기 내부격자부(510)의 전체 길이방향 길이, 폭방향 길이 및 높이방향 길이는 상기 탱크외판(520)의 길이방향 길이(L), 폭방향 길이(W) 및 높이방향 길이(H)와 동일하고, 상기 내부격자부(510)의 끝단이 상기 탱크외판(520)의 내면에 접합된다.
즉, 길이방향으로 이격되도록 형성되는 길이방향보조부재(511a)의 높이방향 길이는 상기 탱크외판(520)의 높이방향 길이와 동일하고, 상기 길이방향보조부재(511a)의 폭방향 길이는 상기 탱크외판(520)의 폭방향 길이와 동일하다.
도 40에 도시된 바와 같이, 길이방향으로 이격되도록 형성되는 길이방향보조부재(511a)에는 내부 제작 시, 작업자들에게 필요한 최소한의 작업공간을 제공하기 위한 내부개구부(513)를 형성하는 길이방향개구부(511a-1)가 형성되며, 상기 길이방향개구부(511a-1)의 형상은 내부 압력을 균일하게 분포시킬 수 있도록 원형 또는 타원형으로 형성되는 것이 바람직하다.
이 때, 상기 길이방향개구부(511a-1)의 폭방향 길이를 WL, 높이방향 길이를 HL이라 할 때, 내부 제작 시에 작업자들에게 작업공간을 제공하기 위하여, 상기 길이방향개구부(511a-1)의 폭방향 길이(WL)와 높이방향 길이(HL)는 1200mm 이상으로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 길이방향보조부재(511a-1)가 갖는 최소폭 (W-WL)/2 또는 (H-HL)/2는 최소 50mm, 최대 300mm 사이의 치수를 갖는 것이 바람직하다.
이 때, 본 발명의 제5실시예에 따른 각형 압력탱크(300)는 상기 내부개구부(513)의 폭방향 이격거리가 300mm 이상으로 형성되는 것이 바람직하므로, 상기 내부개구부(513)를 형성하기 위한 상기 길이방향개구부(511a-1)간의 폭방향 이격거리 M은 최소 300mm 이상인 것이 바람직한 것은 물론이다.
아울러, 상기 길이방향보조부재(511a)는 일정한 간격(GL)을 갖고 길이방향으로 다수가 배열되며, 이 때, 상기 길이방향보조부재(511a)간의 일정한 간격(GL)이 너무 좁으면 용접이 불가하므로, 250mm 이상의 공간을 확보하도록 일정한 간격을 갖는 것이 바람직하다.
이 때, 상기 길이방향보조부재(511a)는 상기 탱크외판(520)의 바닥과 천정을 연결하여 내부 압력을 견뎌야 하므로, 상기 길이방향보조부재(511a)의 가장 작은 단면적에 허용 응력을 곱한 값은 상기 탱크외판(520)의 바닥과 천정에 가해지는 압력보다 커야 함은 물론이다.
즉, 상기 길이방향보조부재(511a)가 이격되는 길이방향 길이만큼의 힘의 균형을 계산하여 구할 수 있으며, 상기 [식 1]을 만족해야 한다.
또한, 상기 길이방향보조부재(511a)는 상기 탱크외판(520)의 양쪽 벽면을 연결하여 내부 압력을 견뎌야 하므로, 양쪽 벽면에 대해서도 동일한 방법으로 상기 [식 2]를 유도할 수 있다.
따라서, 상기 길이방향보조부재(511a)의 두께는 위의 [식 1]과 [식 2]를 만족하는 격자판(511)의 좌굴을 방지하는 최소한의 강성을 갖는 두께로 형성되어야 하고, 성형 후 두께가 부식되는 부분의 여유를 제외하고 5mm 이상이되, 상기 평면외판부(521)의 두께(tp)와 절삭외판부(522)의 두께(tc)의 최대값인 50mm를 초과하지 않는 것이 바람직하다.
상기 길이방향개구부(511-a)의 형상은 원형이 가장 이상적이지만, 타원형이나 모서리가 둥글게 된 사각형의 형태 등, 허용 응력의 기준을 만족하는 범위 내에서 모든 형상의 실시예가 가능하다.
도 41에 도시된 바와 같이, 높이방향으로 이격되도록 배치되는 높이방향보조부재(511b)는 상기 평면외판부(521)의 길이방향 길이와 동일하고, 상기 높이방향보조부재(511b)의 폭방향 길이는 상기 탱크외판(520)의 폭방향 길이와 동일하며, 내부에는 테이퍼지도록 형성되는 내부격자부(510)의 형상과 대향하여 형성되는 높이방향개구부(511b-1)가 형성된다.
이 때, 상기 길이방향보조부재(511a)와 폭방향보조부재(511c)와 면격자를 이루기 위한 높이방향보조부재(511b)의 높이방향목 b1은 50mm 이상 300mm 이하의 범위로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 높이방향보조부재(511b)의 두께는 좌굴을 방지하는 최소한의 강성을 갖는 두께로 형성되어야 하고, 성형 후 두께가 부식되는 부분의 여유를 제외하고 5mm 내지 50mm인 것이 바람직하다.
아울러, 상기 높이방향보조부재(511b)는 일정한 간격(GH)을 갖고 높이방향으로 다수가 배열되며, 이 때 간격(GH)이 너무 좁으면 용접이 불가하므로 400mm 내지 1000mm 이하의 범위로 형성되는 것이 바람직하다.
도 42에 도시된 바와 같이, 폭방향으로 이격되도록 배치되는 폭방향보조부재(511c)의 길이방향 길이는 상기 평면외판부(521)의 길이와 동일하고, 상기 폭방향보조부재(511c)의 높이방향 길이는 테이퍼지도록 형성되는 형상과 대양하는 높이방향 길이를 가지되, 내부에는 테이퍼지도록 형성되는 내부격자부의 형상과 대향하여 형성되는 폭방향개구부(511c-1)가 형성된다.
이 때, 폭방향보조부재(511c)의 챔퍼각도 θ1은 최소 0도 이상, 최대 45도 이하가 되도록 형성되는 것이 바람직하다.
도 43에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제5실시예에 따른 각형 압력탱크(500)는 상기 내부격자부(510)의 길이방향 양단에 상기 탱크외판(520)의 내면과 접하는 적어도 하나 이상의 격자판(511)을 포함하는 엔드부(506)를 포함하여 구성된다.
상기 엔드부(506)를 형성하는 격자판(511)의 상기 길이방향보조부재(511a)의 단위길이 a와 상기 폭방향보조부재(511c)의 단위길이 b 및 상기 높이방향보조부재(511b)의 단위길이 c는 5m 이하로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 엔드부(506)를 형성하는 격자판의 길이방향보조부재(511a), 폭방향보조부재(511c) 및 높이방향보조부재(511b)의 두께는 5mm 내지 50mm의 범위로 형성하는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 엔드부(506)를 형성하는 길이방향보조부재(511a), 폭방향보조부재(511c) 및 높이방향보조부재(511b)에 형성되는 엔드개구부(506-1)는 제1폭 E1이 600mm 이상, 0.9*b 이하의 범위로 형성하는 것이 바람직하며, 상기 엔드개구부(506-1)의 제2폭 E2는 600mm 이상, 0.9*a 이하의 범위로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 엔드부(506)의 엔드개구부(506-1)에 형성되는 필렛부인 엔드필렛부 반경 RE는 1mm 이상의 곡률을 가지도록 형성되는 것이 바람직하다.
도 44에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제5실시예에 따른 각형 압력탱크(500)는 상기 절삭외판부(522)를 따라 형성되는 아치부(507)를 포함한다.
상기 아치부(507)의 높이방향 길이 HA는 상기 [식 5]를 이용하여 산출할 수 있다.
아울러, 상기 아치부(507)의 폭방향 길이 WA는 상기 [식 6]을 이용하여 산출할 수 있다.
또한, 상기 아치부(507)의 두께는 5mm 내지 50mm의 범위로 형성되는 것이 바람직하다.
도 45에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제5실시예에 따른 각형 압력탱크(500)는 상기 엔드부(506)에 인접한 아치부(507)를 세미아치부(507-1) 형상으로 형성할 수 있다.
상기 세미아치부(507-1)의 높이방향 길이 HS는 상기 아치부(507)의 높이방향 길이와 동일하며, H=2l+n을 이용하여 구할 수 있다. 이 때, l은 세미아치부(507-1)의 상단길이이며, n은 세미아치부(507-1)의 중앙길이이다.
상기 세미아치부(507-1)의 폭방향 길이 WS는 상기 아치부(507)의 폭방향 길이와 동일하나, 형상에 따라 다른 폭방향 길이로 형성될 수 있음은 물론이다.
상기 세미아치부(507-1)의 대각선 길이 m은 반경 RS를 가지는 아치필렛부를 제외한 길이이며, 상기 아치필렛부의 반경 RS는 최소 1mm 이상으로 형성된다.
상기 세미아치부(507-1)의 측단폭 j는 상기 세미아치부(507-1)의 폭방향 길이 WS보다 작도록 형성되며, 상기 세미아치부(507-1)의 두께는 5mm 내지 50mm의 범위로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 대각선이 형성되는 각도 θ는 1도 내지 45도 이하의 값을 가지도록 형성되며, 상기 아치필렛부간의 거리 q는 상기 아치필렛부의 반경 RS를 고려하여 결정되는 것이 바람직하다.
<본 발명의 제5실시예의 제1변형예에 따른 각형 압력탱크>
도 46 내지 도 48은 본 발명의 제5실시예의 제1변형예에 따른 각형 압력탱크를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 제5실시예의 제1변형예에 따른 각형 압력탱크(500)는 상기 내부격자부(510)의 길이방향 일측이 폭방향으로 테이퍼지도록 형성되되, 상기 내부격자부(510)의 일측이 곡선을 이루도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
이 때, 도 48에 도시된 바와 같이, 상기 탱크외판(520)의 전방이 곡면으로 채택될 경우, 높이방향보조부재(511b)에 전방 호의 반경(RF)를 도입하여 적용할 수 있다.
<본 발명의 제5실시예의 제2변형예에 따른 각형 압력탱크>
도 49 내지 도 51은 본 발명의 제5실시예의 제2변형예에 따른 각형 압력탱크를 설명하기 위한 도면이다.
도 49 내지 도 50에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제5실시예의 제2변형예에 따른 각형 압력탱크(500)는 상기 내부격자부(510)가 길이방향 일측이 폭방향 및 높이방향으로 테이퍼지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
이 때, 도 51에 도시된 바와 같이, 폭방향으로 일정거리 이격되도록 배치되는 폭방향보조부재(511c)의 사선길이 L3은 상기 L2보다 작도록 형성되는 것이 바람직하며, 상기 폭방향보조부재(511c)의 하단 길이 L4는 상기 L2보다 작은 것이 바람직하다.
아울러, 테이퍼지게 형성되는 상기 폭방향보조부재(511c)의 높이방향 길이 HF는 폭방향보조부재(511c)의 전체 높이방향 길이와 같거나 작게 형성되는 것이 바람직하다.
이 때, 상기 폭방향보조부재(511c)의 테이퍼지도록 형성되는 각 θ는 0도 이상, 45도 이하로 형성되는 것이 바람직하다.
<본 발명의 제5실시예의 제3변형예에 따른 각형 압력탱크>
도 52 내지 도 53은 본 발명의 제5실시예의 제3변형예에 따른 각형 압력탱크를 설명하기 위한 도면이다.
도 52 내지 도 53에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제5실시예의 제3변형예에 따른 각형 압력탱크(500)는 상기 내부격자부(510)가 길이방향 일측이 폭방향 및 높이방향으로 테이퍼지도록 형성되되, 상기 내부격자부(510)의 일측이 곡선을 이루도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

Claims (10)

  1. 다수의 격자판이 길이방향, 폭방향 및 높이방향으로 이격되도록 배치되되, 내부에는 길이방향으로 중공되어 형성되는 내부중공부를 포함하도록 형성되는 내부격자부; 및
    상기 내부격자부의 외부면을 감싸도록 형성되는 탱크외판;을 포함하는 각형 압력탱크에 있어서,
    상기 탱크외판은 모서리 중 적어도 하나 이상이 완곡된 형상으로 형성되며,
    상기 내부격자부는
    길이방향으로 이격되도록 배치되는 길이방향보조부재, 높이방향으로 이격되도록 배치되는 높이방향보조부재 및 폭방향으로 이격되도록 배치되는 폭방향보조부재로 구성되되,
    상기 길이방향보조부재, 높이방향보조부재, 폭방향보조부재 중 어느 하나 이상의 모서리가 상기 탱크외판의 모서리 형상에 대응하는 형상으로 형성되어, 탱크외판에 작용하는 압력하중을 지탱하며,
    상기 길이방향보조부재에는 원형 또는 타원형의 길이방향개구부가 형성되며, 상기 길이방향개구부의 면적인 길이방향보조부재면적의 90% 이하이며,
    상기 폭방향보조부재에는 폭방향개구부가 형성되고, 상기 폭방향보조부재에서 폭방향개구부를 뺀 일측 폭방향목의 폭은 50mm 이상 3000mm 이하이고,
    상기 높이방향보조부재에는 높이방향개구부가 형성되고, 상기 높이방향보조부재에서 높이방향개구부를 뺀 일측 높이방향목의 폭은 50mm 이상 3000mm 이하이며,
    상기 길이방향보조부재는 1000mm 내지 5000mm의 간격을 두고 배열되고,
    상기 폭방향보조부재 및 높이방향보조부재는 400mm 내지 1000mm의 간격을 두고 배열되는 것을 특징으로 하는 각형 압력탱크.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 내부격자부는
    길이방향, 폭방향 및 높이방향의 모서리가 직선 또는 곡선으로 절삭되어 형성되는 격자절삭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 각형 압력탱크.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 탱크외판은
    상기 내부격자부의 평면을 감싸도록 형성되는 평면외판부와,
    상기 격자절삭부를 감싸도록 형성되는 절삭외판부를 포함하고,
    상기 격자절삭부의 모서리와 절삭외판부의 사이에는 일정 공간이 형성되어 유체가 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 각형 압력탱크.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 길이방향보조부재에는 단위 공간을 갖는 길이방향단위개구부가 복수개 형성 배열되어 길이방향개구부를 형성하는 것을 특징으로 하는 각형 압력탱크.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 길이방향보조부재에 형성되는 상기 길이방향단위개구부의 수는 아래 식에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 각형 압력탱크.
    Figure 112018049413969-pct00008

    (여기서 N : 길이방향단위개구부의 수, A0은 길이방향단위개구부의 면적, A1은 길이방향보조부재의 면적임)
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 길이방향단위개구부의 폭방향 길이 또는 높이방향 길이는 300mm 이상인 것을 특징으로 하는 각형 압력탱크.
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