KR102132084B1 - 샌드위치단열구조가 적용되는 lpg 탱크, 코퍼댐 및 이를 구비하는 선박 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 샌드위치단열구조가 적용되는 LPG 탱크, 코퍼댐 및 이를 구비하는 선박에 관한 것으로서, 본 발명의 LPG탱크는, 내부에 저장된 LPG를 외부와 단열시키는 샌드위치단열구조를 구비하되, 상기 샌드위치단열구조는, 선체의 내측판 또는 선저내판으로 이루어지는 2차방벽; 상기 2차방벽의 상부에 설치되는 페리미터-바; 상기 페리미터-바의 상부에 설치되는 1차방벽; 상기 2차방벽, 상기 페리미터-바, 상기 1차방벽에 의해 형성된 박스공간에 내장되는 진공단열패널; 및 상기 진공단열패널과 상기 2차방벽 사이에 형성되는 하부폴리우레탄과, 상기 진공단열패널과 상기 1차방벽 사이에 형성되는 상부폴리우레탄으로 구성되는 폴리우레탄을 포함하고, 상기 페리미터-바는, 상기 2차방벽과 연결되는 하부판; 상기 1차방벽과 연결되는 상부판; 및 상기 하부판과 상기 상부판 사이에 형성되는 단열층을 포함하는 샌드위치 구조를 이루는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

샌드위치단열구조가 적용되는 LPG 탱크, 코퍼댐 및 이를 구비하는 선박{LPG Tank and Cofferdam with Sandwich Isolation Construction and Ship having the same}
본 발명은 샌드위치단열구조가 적용되는 LPG 탱크, 코퍼댐 및 이를 구비하는 선박에 관한 것이다.
최근 기술 개발에 따라 가솔린이나 디젤을 대체하여 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas: LPG) 등과 같은 액화가스를 널리 사용하고 있다.
LPG는 유전에서 석유와 함께 나오는 프로판(C3H8)과 부탄(C4H10)을 주성분으로 한 가스를 상온에서 압축하여 액체로 만든 연료이다. LPG는 무색무취이고 가정용, 업무용, 공업용, 자동차용 등의 연료로 널리 사용되고 있다.
이와 같은 LPG는 지상에 설치되어 있는 저장탱크에 저장되거나 또는 대양을 항해하는 운송수단인 LPG 운반선에 구비되는 저장탱크에 저장된다.
일반적으로 LPG 운반선은 석유가스 생산지나 유전에서 석유와 함께 생산하거나 석유 정제 과정에서 산출되는 기체 상태의 석유계 탄화수소가스를 액화시켜 운송하는 선박으로, 선박의 크기에 따라 다양한 운송방식과 탱크구조 방식으로 제작되고 있는데, 운송 방식으로는 압력식, 저온 압력식, 저온식으로 나뉘며, 탱크구조 방식으로는 일체형, 멤브레인형, Semi-멤브레인형, 및 독립형으로 나뉜다.
일반적으로 상온에서도 쉽게 가압하면 액화되는 부탄이나 프로판가스 전용 운반선 및 근해항로에서 사용되는 소형 LPG 운반선의 경우는, 탱크를 내압구조로 제작하여 가압 수송하는 방식이 유리하다. 하지만, 선박이 대형화되면 내압구조를 만드는 작업이 매우 어려우므로, 대부분 저온식이 사용된다. 이 중에서 중대형 LPG 운반선의 경우는, 단열시공이 완료된 독립 자기지지형 탱크를 선체 내부에 삽입하는 저온 독립형 탱크구조가 적용된다.
그런데, 기존의 독립형 타입 LPG 운반선 제작 시 LPG 탱크에 적용되는 스프레이 타입의 보온재의 경우 LPG 탱크 탑재 후 수행되는 추가 화기 작업으로 인해 단열재가 손상될 수 있으며, 특히 화재에 매우 취약하여 중대재해 발생 위험이 크다.
또한, LPG 탱크와 선각 사이에 설치되는 서포트 구조물로 인해 많은 불필요한 사각공간(dead space)이 존재하여 화물 용량 증가에 제약이 되고 있다.
이와 같은 이유로 인해 LPG 탱크의 단열재(insulation) 설치 작업, 도장, 운송, 탑재 그리고 추가 선각 용접 등 제작이 복잡하고 불필요한 공간이 소비되는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로, LPG 탱크를 독립형이 아닌 멤브레인형 구조로 제작하기 위한 연구가 진행되고 있지만, BOG 발생량 처리 문제 등 기술적으로 해결해야 할 부분이 많고 또한 경제성이 떨어져 상용화할 수 없는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 기존의 독립형 탱크구조가 갖는 단점을 해소하면서 기존의 멤브레인형 탱크구조 채택 시 단점을 해소할 수 있도록 하는 샌드위치단열구조가 적용되는 LPG 탱크, 코퍼댐 및 이를 구비하는 선박을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 LPG 탱크는, 내부에 저장된 LPG를 외부와 단열시키는 샌드위치단열구조를 구비하되, 상기 샌드위치단열구조는, 선체의 내측판 또는 선저내판으로 이루어지는 2차방벽; 상기 2차방벽의 상부에 설치되는 페리미터-바; 상기 페리미터-바의 상부에 설치되는 1차방벽; 상기 2차방벽, 상기 페리미터-바, 상기 1차방벽에 의해 형성된 박스공간에 내장되는 진공단열패널; 및 상기 진공단열패널과 상기 2차방벽 사이에 형성되는 하부폴리우레탄과, 상기 진공단열패널과 상기 1차방벽 사이에 형성되는 상부폴리우레탄으로 구성되는 폴리우레탄을 포함하고, 상기 페리미터-바는, 상기 2차방벽과 연결되는 하부판; 상기 1차방벽과 연결되는 상부판; 및 상기 하부판과 상기 상부판 사이에 형성되는 단열층을 포함하는 샌드위치 구조를 이루는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 샌드위치단열구조는, 상기 진공단열패널을 중심에서 하부쪽으로는 상기 하부폴리우레탄과 상기 2차방벽이 적층되고, 상부쪽으로 상기 상부폴리우레탄과 상기 1차방벽이 적층되는 다수의 단위샌드위치패널을 상기 페리미터-바로 연결하여 이루어지되, 패널 조인트 부분에서, 상기 1차방벽이 분리되고 상기 2차방벽이 공유되는 2개의 상기 단위샌드위치패널이 1개의 상기 페리미터-바에 의해 연결될 수 있다.
구체적으로, 상기 페리미터-바는, 상기 하부판을 상기 2차방벽의 상부와 T이음용접 하고, 상기 상부판을 상기 단위샌드위치패널 각각의 상기 1차방벽 끝단부와 겹치기용접 할 수 있다.
구체적으로, 상기 샌드위치단열구조는, 상기 진공단열패널을 중심에서 하부쪽으로는 상기 하부폴리우레탄과 상기 2차방벽이 적층되고, 상부쪽으로 상기 상부폴리우레탄과 상기 1차방벽이 적층되는 다수의 단위샌드위치패널을 상기 페리미터-바로 연결하여 이루어지되, 블록 조인트 부분에서, 2개의 상기 단위샌드위치패널이 2개의 상기 페리미터-바에 의해 연결될 수 있다.
구체적으로, 어느 하나의 상기 페리미터-바는, 상기 하부판의 일측을 어느 하나의 상기 단위샌드위치패널의 상기 2차방벽의 상부와 T이음용접 하고, 상기 하부판의 타측을 어느 하나의 상기 단위샌드위치패널의 상기 2차방벽 끝단부와 겹치기용접 하고, 상기 상부판을 어느 하나의 상기 단위샌드위치패널의 상기 1차방벽 끝단부와 겹치기용접 하고, 다른 하나의 상기 페리미터-바는, 상기 하부판의 일측을 다른 하나의 상기 단위샌드위치패널의 상기 2차방벽의 상부와 T이음용접 하고, 상기 하부판의 타측을 다른 하나의 상기 단위샌드위치패널의 상기 2차방벽 끝단부와 겹치기용접 하고, 상기 상부판을 다른 하나의 상기 단위샌드위치패널의 상기 1차방벽 끝단부와 겹치기용접 할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 LPG선박은, 상기에 기재된 LPG 탱크를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 샌드위치단열구조가 적용되는 LPG 탱크, 코퍼댐 및 이를 구비하는 선박은, 샌드위치단열구조를 선체 내면에 직접 시공함으로써, 사각공간을 감소시킬 수 있어, 화물 용적 용량을 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 샌드위치단열구조가 적용되는 LPG 탱크, 코퍼댐 및 이를 구비하는 선박은, 샌드위치단열구조의 도입을 통한 구조 강성 증가로 탱크 내부 구조가 기존 독립형 탱크 대비 단순화할 수 있어, 제작비를 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 샌드위치단열구조가 적용되는 LPG 탱크, 코퍼댐 및 이를 구비하는 선박은, 샌드위치단열구조의 특성상 충격/폭발/화재에 매우 우수한 저항성을 가질 수 있어, 탱크 제작 시 화재 위험을 근본적으로 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 샌드위치단열구조가 적용되는 LPG 탱크, 코퍼댐 및 이를 구비하는 선박은, 샌드위치단열구조의 특성상 진동 및 소음을 저감시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 샌드위치단열구조가 적용되는 LPG 탱크, 코퍼댐 및 이를 구비하는 선박은, 샌드위치단열구조의 단열재로 폴리우레탄을 주입하면 되므로, 제작 방법이 기존의 독립형 탱크에 비해 매우 간단하고 빨라 제작 기간 및 공수를 대폭 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 샌드위치단열구조가 적용되는 LPG 탱크, 코퍼댐 및 이를 구비하는 선박은, 샌드위치단열구조의 단열재로 솔리드 타입(solid type)의 폴리우레탄을 사용함으로써, 열수축 방지 능력이 우수하여 별도의 보강재가 필요 없어, 제작비를 더욱 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 샌드위치단열구조가 적용되는 LPG 탱크, 코퍼댐 및 이를 구비하는 선박은, 코퍼댐을 샌드위치단열구조로 적용함으로써, LPG 누수 검출이 용이하고 유지보수 작업을 용이하게 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 샌드위치단열구조가 적용되는 LPG 탱크, 코퍼댐 및 이를 구비하는 선박은, 호퍼탱크의 크기는 그대로 유지하면서 LPG 탱크의 내벽은 곡선형태를 이루도록 함으로써, LPG 탱크의 좌우하단 모서리에 발생하는 응력 집중을 저감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 샌드위치단열구조가 적용되는 LPG 탱크 및 코퍼댐이 구비된 LPG 선박의 측면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 샌드위치단열구조가 적용되는 LPG 탱크의 단면도이다.
도 3의 (a) 및 (b)는 본 발명에 따른 LPG 탱크에 적용되는 샌드위치단열구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4의 (a) 내지 (e)는 본 발명에 따른 LPG 탱크 또는 코퍼댐에 적용되는 샌드위치단열구조의 시공방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5의 (a) 및 (b)는 본 발명에 따른 LPG 탱크에 적용되는 샌드위치단열구조에서 페리미터-바를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 LPG 탱크에 적용되는 샌드위치단열구조의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 샌드위치단열구조가 적용된 코퍼댐을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 샌드위치단열구조가 적용되는 LPG 탱크의 좌우하단 모서리 형상을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 샌드위치단열구조가 적용되는 LPG 탱크 및 코퍼댐이 구비된 LPG 선박의 측면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 샌드위치단열구조가 적용되는 LPG 탱크의 단면도이고, 도 3의 (a) 및 (b)는 본 발명에 따른 LPG 탱크에 적용되는 샌드위치단열구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 4의 (a) 내지 (e)는 본 발명에 따른 LPG 탱크 또는 코퍼댐에 적용되는 샌드위치단열구조의 시공방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 5의 (a) 및 (b)는 본 발명에 따른 LPG 탱크에 적용되는 샌드위치단열구조에서 페리미터-바를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 LPG 탱크에 적용되는 샌드위치단열구조의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명에 따른 샌드위치단열구조가 적용된 코퍼댐을 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 샌드위치단열구조가 적용되는 LPG 탱크의 좌우하단 모서리 형상을 설명하기 위한 도면이다.
상기에서, 도 3의 (a)는 샌드위치단열구가 적용된LPG 탱크의 측면 및 상면을 도시한 것이고, 도 3의 (b)는 샌드위치단열구가 적용된 LPG 탱크의 저면을 도시한 것이다. 도 5의 (a)는 패널 조인트 부분에서 페리미터-바를 시공하는 것을 도시한 것이고, 도 5의 (b)는 블록 조인트 부분에서 페리미터-바를 시공하는 것을 도시한 것이다.
도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 LPG탱크(10) 및 코퍼댐(20)은 LPG 선박(1)에 설치될 수 있다.
선체(30)는, 더블헐(31), 더블버텀(32) 구조로 이루어질 수 있다.
더블헐(31)은, 외측판(31a)과 외측판(31a)과 일정간격 유지하여 설치되는 내측판(31b)으로 이루어질 수 있으며, 외측판(31a)과 내측판(31b) 사이에는 다수의 수평부재와 보강재가 설치될 수 있다.
더블버텀(32)은, 선저외판(32a)과 선저외판(32a)과 일정간격 유지하여 설치되는 선저내판(32b)으로 이루어질 수 있으며, 선저외판(32a)과 선저내판(32b) 사이에는 다수의 수직부재와 보강재가 설치될 수 있다.
LPG탱크(10)는, 상기한 선체(30) 내부에 다수 구비될 수 있다.
코퍼댐(20)은, 한 쌍의 횡격벽(21, 22)에 의해 형성되는 공간으로서 다수의 LPG탱크(10)를 구획할 수 있다. 한 쌍의 횡격벽(21, 22) 사이에는 다수의 수평부재와 보강재가 설치될 수 있다.
이러한 코퍼댐(20)은, 다수의 LPG탱크(10) 중에서 적어도 하나 이상 중간에 마련되는 LPG탱크(10)의 양측과, 전방측 및 후방측에 각각 마련되는 LPG탱크(10)의 외측에 설치될 수 있다.
상기한 LPG탱크(10) 및 코퍼댐(20)은, 본 발명에 따른 샌드위치단열구조(100)를 적용하여 형성될 수 있는데, 이하에서 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 샌드위치단열구조(100)는, LPG 탱크(10) 내부에 저장된 LPG를 외부와 단열시킬 수 있으며, 2차방벽(110), 1차방벽(120), 진공단열패널(130), 폴리우레탄(140), 페리미터-바(perimeter-bar; 150), 커넥터(connector; 160), 스페이서(spacer; 170)를 포함한다. 여기서, 진공단열패널(130)과 폴리우레탄(140)은, 2차방벽(110)과 1차방벽(120) 사이에서 단열벽 기능을 수행하며, 커넥터(160)와 스페이서(170)는 보강재 기능을 수행한다.
샌드위치단열구조(100)는, 이하에서 구체적으로 설명되겠지만, 2차방벽(110), 1차방벽(120), 진공단열패널(130), 폴리우레탄(140)이 적층된 다수의 단위샌드위치패널(100a, 100b)을 페리미터-바(150)로 연결하여 이루어지고, 단위샌드위치패널(100a, 100b) 각각의 내부에는 보강부재로서 커넥터(160) 및 스페이서(170)가 설치될 수 있다.
2차방벽(110)은, 금속재질의 판상 체로 구성될 수 있다.
이러한 2차방벽(110)은, 1차방벽(120)에서 누수 시 LPG와 접촉되는 부분으로 특수 저온강으로 제조될 수 있으며, 예를 들어 선체(30)를 이루는 내측판(31b), 선저내판(32b) 또는 코퍼댐(20)을 이루는 한 쌍의 횡격벽(21, 22)일 수 있다.
1차방벽(120)은, 금속재질의 판상 체로 구성될 수 있으며, 1차방벽(110)과 일정간격 유지하여 설치될 수 있다.
이러한 1차방벽(120)은, LPG와 접촉하는 부분을 특수 저온강으로 제조될 수 있으며, 예를 들어 SUS로 제조될 수 있다. 1차방벽(120)은, 후술할 페리미터-바(150)의 상부에 용접된다.
진공단열패널(130)은, 2차방벽(110), 1차방벽(120), 후술할 페리미터-바(150)의 결합에 의해서 형성된 금속 박스공간 안에 수평방향으로 내장될 수 있다. 진공단열패널(130)은 1차방벽(120) 및 2차방벽(110)과 평행하게 설치될 수 있다.
이러한 진공단열패널(130)의 구조는, 양면에 금속판이 형성되고, 그 금속판 사이에 진공이 형성되어 단열기능을 할 수 있다.
폴리우레탄(140)은, 진공단열패널(130)과 2차방벽(110) 사이에 형성된 하부폴리우레탄(141)과, 진공단열패널(130)과 1차방벽(120) 사이에 형성된 상부폴리우레탄(142)으로 구성될 수 있다. 폴리우레탄(140)은 폴리에틸렌(LDPE)계 탄성 중합체의 합성수지인 엘라스토머를 포함한다.
폴리우레탄(140)은 진공단열패널(130)를 외부 충격으로부터 보호하고 구조적 강성(구조재로서의 기능)을 유지하기 위하여 금속 박스공간 안으로 주입 후 경화되어 금속 박스공간의 내부 면에 기밀하게 접착된다. 여기서, 기밀 접착은 폴리우레탄(140)이 경화되면서 금속 박스공간의 내부 전체 면에 완전 밀착하여 부착, 접합 내지는 접착하며, 진공단열패널(130) 주위를 감싸서 가스 출입이 없어 금속 박스공간 내부에 기포가 발생하지 않는 상태이다.
상기한 폴리우레탄(140)은, 폼 타입(form type)일 수 있다.
상기한 바와 같이, 2차방벽(110), 1차방벽(120), 진공단열패널(130), 상하부폴리우레탄(141, 142)은, 진공단열패널(130)을 중심에서 하부쪽으로는 하부폴리우레탄(141)과 2차방벽(110)이 적층되고, 상부쪽으로 상부폴리우레탄(142)과 1차방벽(120)이 적층되는 하나의 단위샌드위치패널(100a 또는 100b)이 형성된다. 샌드위치단열구조(100)는, 이러한 단위샌드위치패널(100a 또는 100b)을 다수 제작하여 결합함으로써, LPG 탱크(10) 또는 코퍼댐(20)에 적용될 수 있다. 후술되겠지만, 단위샌드위치패널(100a, 100b) 각각의 내부에는 보강부재로서 커넥터(160) 및 스페이서(170)가 설치될 수 있으며, 다수의 단위샌드위치패널(100a, 100b)은 페리미터-바(150)로 연결될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 LPG 탱크에 적용되는 샌드위치단열구조의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 다른 실시예에 따른 샌드위치단열구조(200)는 상기한 샌드위치단열구조(100)의 폼 타입 폴리우레탄(140)과 달리 솔리드 타입(solid type) 폴리우레탄(240)을 적용하는 것이 다를 수 있다. 솔리드 타입 폴리우레탄(240)은 진공단열패널(130)과 2차방벽(110) 사이에 형성된 하부폴리우레탄(241)과, 진공단열패널(130)과 1차방벽(120) 사이에 형성된 상부폴리우레탄(242)으로 구성될 수 있으며, 이와 같이 샌드위치단열구조(200)의 단열재로 솔리드 타입 폴리우레탄(240)을 사용함으로써, 열수축 방지 능력이 우수하여 별도의 보강재, 예를 들어 샌드위치단열구조(100)에 적용되는 커넥터(160), 스페이서(170)를 생략할 수 있다.
페리미터-바(150)는, 다수의 단위샌드위치패널(100a, 100b) 사이를 연결할 수 있으며, 하부판(151), 상부판(152), 단열층(153)으로 구성될 수 있다.
페리미터-바(150)는, 중간 부분이 뚫린 사각형상 또는 "ㄷ"자 형상으로 형성될 수 있으며, 이러한 형상에 국한되지 않고, 설계조건에 따라 다양한 형태로 변경 가능함은 물론이다.
하부판(151)은, 금속재질의 판상 체로 구성될 수 있으며, 1차방벽(120)에서 누수 시 LPG와 접촉되어 2차방벽(110)과 연결되는 부분으로 2차방벽(110)과 유사한 특수 저온강으로 제조하는 것이 바람직할 수 있다.
상부판(152)은, 금속재질의 판상 체로 구성될 수 있으며, 금속재질로는 스틸, SUS와 같은 저온강 등을 사용할 수 있으나, LPG와 접촉하는 1차방벽(120)과 연결되는 부분이므로 단열을 위해 1차방벽(120)과 유사한 저온강으로 제조하는 것이 바람직할 수 있다.
단열층(153)은, 하부판(151)과 상부판(152) 사이에 형성될 수 있다. 단열층(153)은, 폴리에틸렌(LDPE)계 탄성 중합체의 합성수지인 엘라스토머를 포함하는 폴리우레탄으로 형성될 수 있다.
단열층(153)이 폴리우레탄으로 형성될 경우, 폼 타입(form type)일 수 있으며, 도 6에 도시된 바와 같이, 솔리드 타입(solid type)일 수 있다.
상기한 페리미터-바(150)는, 하부판(151)과 상부판(152) 사이에 단열층(153)이 형성된 구조이며, 단열층(153)을 중심으로 하부판(151)과 상부판(152)이 상하에 형성된 샌드위치형상을 이룬다.
이러한 페리미터-바(150)는, 하부가 2차방벽(110)의 상부에 용접될 수 있고, 상부가 1차방벽(120)의 하부에 용접될 수 있는데, 이하에서 구체적으로 설명한다.
도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 패널 조인트 부분에서는 1차방벽(120)이 분리되고 2차방벽(110)이 공유되는 2개의 단위샌드위치패널(100a, 100b)이 1개의 페리미터-바(150)에 의해 연결되기 때문에, 페리미터-바(150)의 하부판(151)은 2차방벽(110)의 상부와 T이음용접 하고, 페리미터-바(150)의 상부판(152)은 단위샌드위치패널(100a, 100b) 각각의 1차방벽(120) 끝단부와 겹치기용접 한다.
상기와 같은 용접방식으로 2차방벽(110), 1차방벽(120), 페리미터-바(150) 각각을 조립함에 의해, 패널 조인트 부분에서도 LPG의 누수 없이 단열성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 블록 조인트 부분에서는 2개의 단위샌드위치패널(100a, 100b)이 2개의 페리미터-바(150)에 의해 연결되기 때문에, 어느 하나의 페리미터-바(150)의 하부판(151)은 일측을 어느 하나의 단위샌드위치패널(100a)의 2차방벽(110)의 상부와 T이음용접 하고, 타측을 어느 하나의 단위샌드위치패널(100a)의 2차방벽(110) 끝단부와 겹치기용접 하고, 어느 하나의 페리미터-바(150)의 상부판(152)은 어느 하나의 단위샌드위치패널(100a)의 1차방벽(120) 끝단부와 겹치기용접 한다.
마찬가지로, 다른 하나의 페리미터-바(150)의 하부판(151)은 일측을 다른 하나의 단위샌드위치패널(100b)의 2차방벽(110)의 상부와 T이음용접 하고, 타측을 다른 하나의 단위샌드위치패널(100b)의 2차방벽(110) 끝단부와 겹치기용접 하고, 다른 하나의 페리미터-바(150)의 상부판(152)은 다른 하나의 단위샌드위치패널(100b)의 1차방벽(120) 끝단부와 겹치기용접 한다.
상기에서, 2개의 페리미터-바(150)는 겹치기용접 시에 자연스럽게 용접될 수 있으며, 별도의 맞대기용접으로 용접할 수도 있음은 물론이다.
상기와 같은 용접방식으로 2차방벽(110), 1차방벽(120), 페리미터-바(150) 각각을 조립함에 의해, 블록 조인트 부분에서도 LPG의 누수 없이 단열성능을 향상시킬 수 있다.
상기에서, 2차방벽(110), 1차방벽(120), 페리미터-바(150) 각각은, 용접방식으로 조립될 수 있으나, 반드시 용접에 국한되는 것은 아니며 다른 비용접 방식, 예를 들어 본딩방식 등으로 결합할 수도 있다.
커넥터(160)는, 진공단열패널(130)를 기준으로, 하부폴리우레탄(141)과 상부폴리우레탄(142)의 박리현상을 방지면서 진공단열패널(130)의 변형을 방지할 수 있도록, 단위샌드위치패널(100a, 100b)의 내부에서 진공단열패널(130)을 중심으로 하부폴리우레탄(141)과 상부폴리우레탄(142)을 서로 연결하도록 설치될 수 있으며, 금속재질 등을 사용하여 다양한 형태로 형성될 수 있다.
커넥터(160)는, "工"자 형태로 형성될 수 있으며, 이 경우 진공단열패널(130)의 관통홀(도면부호 미도시)을 관통하는 웨브(web; 161) 및 웨브(161)의 상부와 하부에 형성되는 플랜지(162)로 구성될 수 있다. 여기서, 진공단열패널(130)의 관통홀은 진공단열패널(130) 자체에 형성된 구멍으로서 단순히 웨브(161)가 설치되기 위한 구멍 일뿐 진공단열패널(130)의 진공구조에는 전혀 장애를 주지 않음은 물론이다.
스페이서(170)는, 커넥터(160)를 지지할 수 있으며, 하부스페이서(171), 상부스페이서(172)를 포함할 수 있다.
하부스페이서(171)는 2차방벽(110)과 커넥터(160) 사이에 설치될 수 있으며, 상부스페이서(172)는 1차방벽(120)과 커넥터(160) 사이에 설치될 수 있다.
이러한 하부스페이서(171)와 상부스페이서(172)는, 커넥터(160)의 설치 시 1차방벽(120) 및/또는 2차방벽(110)과의 간격을 일정하게 유지시키면서 지지하는 기능을 수행할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 샌드위치단열구조(100)를 적용하여 LPG탱크(10) 또는 코퍼댐(20)을 형성할 수 있다.
샌드위치단열구조(100)가 적용된LPG탱크(10)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 단면형상이 팔각형태를 이루는 선체(30)의 내측판(31b)과 선저내판(32b)을 2차방벽(110)으로 하여 커넥터(160)와 스페이서(170)가 내부에 설치된 단위샌드위치패널(100a, 100b)을 페리미터-바(150)로 연결하여 형성된다.
이때, 단위샌드위치패널(100a, 100b)은, 팔각형태의 내측판(31b)과 선저내판(32b)을 2차방벽(110)으로 이용하므로, 대부분 LPG와 접촉되는 1차방벽(120)이 2차방벽(110)과 평행한 직선형태로 제작되며, 팔각형태로 인해 2차방벽(110)이 일정각도 꺾어진 부분에서는 1차방벽(120) 역시 그 부분에서 꺾어진 직선형태로 제작될 수 있음은 물론이다. 또한, 단위샌드위치패널(100a, 100b)은, 1차방벽(120)이 팔각형태로 인해 꺾어진 부분에서 꺾어진 직선형태가 아닌 곡선형태로 제작될 수 있다. 이에 따라 본 발명의 단위샌드위치패널(100a, 100b)은, 육면체 또는 변형된 육면체 등 다양한 형태로 용이하게 제작될 수 있는데, 이는 2차방벽(110)으로 선체(30)의 내측판(31b)과 선저내판(32b)을 그대로 사용하고, 1차방벽(120)을 2차방벽(110)의 형상과 동일하게 제작하여 설치한 후에 폴리우레탄(140)을 주입방식으로 형성함에 의해 가능하며, 후술할 샌드위치단열구조(100)의 시공방법을 통해 더욱 이해될 것이다.
한편, LPG탱크(10)는, 단면형상이 팔각형태로 이루어져 있어, 좌우상단 모서리가 각이 진 상태일 수 밖에 없는데, 각이 진 부분은 외력, 예를 들어 슬로싱 현상시 응력이 집중되는 문제가 있다.
특히, LPG탱크(10)의 좌우하단 모서리 부분은 슬로싱 현상시 응력이 집중될 수 밖에 없어 이를 해결하려는 방안이 다양하게 이루어지고 있다.
그런데 LPG탱크(10)의 좌우하단 모서리 부분의 외측에는 곡선의 외측판(31a)과 사선의 내측판(31b) 그리고 보강재(도면부호 미도시)에 의해 밀폐된 발라스트 탱크로서의 호퍼탱크(40)가 형성된다. 이러한 호퍼탱크(40)는 원유의 로딩/언로딩 시에 중요한 역할을 하므로, 그 크기가 규격화되어 있다.
이로 인해 기존에는 LPG 탱크의 좌우하단 모서리 부분을 곡선형태로 만들어 응력집중 현상을 저감시키려는 방안이 제시되었지만, 호퍼탱크(40)와 경계를 이루는 부분 역시 곡선형태가 되면서 결국 호퍼탱크(40)의 크기가 줄어들 수 밖에 없고, 이로써 호퍼탱크(40)의 크기 규격화에 따른 문제를 해결하는데 곤란함이 있었다.
본 실시예는, LPG 탱크의 좌우하단 모서리 부분에서의 응력 집중을 저감시키면서도 호퍼탱크(40)의 크기를 그대로 유지(규격화된 크기를 유지)할 수 있도록, LPG탱크(10)의 좌우하단 모서리 부분에서 LPG와 접촉되는 1차방벽(120)만 곡선형태를 갖는 LPG탱크(10)를 제공한다. 1차방벽(120)을 곡선형태로 용이하게 형성할 수 있는데, 그 이유는 전술한 바와 같다.
본 발명의 샌드위치단열구조(100)가 적용되는 LPG탱크(10)의 좌우하단 모서리 형상은 도 2 및 도 8을 참고하여 구체적으로 설명한다.
도 2 및 도 8에 도시된 바와 같이, 샌드위치단열구조(100)가 적용된 LPG탱크(10)는, 호퍼탱크(40)가 설치된 위치의 좌우하단 내벽 모서리가 곡선형태로 갖고, 호퍼탱크(40)와 경계를 이루는 좌우하단 외벽 모서리가 둔각의 직선형태를 가진다. 즉, LPG탱크(10)의 좌우하단 모서리 부분에서는 LPG탱크(10)의 내벽인 1차방벽(120)이 곡선형태를 이루고, 호퍼탱크(40)를 이루는 선체(30)의 내측판(31b)이면서LPG탱크(10)의 외벽인 2차방벽(110)은 팔각형태의 일부분 형태를 그대로 유지하는 직선형태를 이룬다.
구체적으로, LPG탱크(10)의 내벽 모서리 부분에서, LPG와 접촉되는 1차방벽(120)은, 수평으로 연장되는 제1직선(A1)과, 사선으로 연장되는 제2직선(A2)과, 수직으로 연장되는 제3직선(A3)과, 제1직선(A1)과 제2직선(A2) 사이를 연결하며 탱크의 내측방향으로 오목한 제1곡선(B1)과, 제2직선(A2)과 제3직선(A3) 사이를 연결하며 탱크의 내측방향으로 오목한 제2곡선(B2)으로 이루어진다.
또한, LPG탱크(10)의 외벽 모서리 부분에서, 호퍼탱크(40)와 경계를 이루는 2차방벽(110)은, 수평으로 연장되는 제4직선(A4)과, 제4직선(A4)과 둔각을 이루면서 사선으로 연장되는 제5직선(A5)과, 제5직선(A5)과 둔각을 이루면서 수직으로 연장되는 제6직선(A6)으로 이루어진다.
상기에서는, 샌드위치단열구조(200)가 적용된 LPG탱크(10)에서, 호퍼탱크(40)가 설치된 위치의 좌우하단 내벽 모서리가 곡선형태로 갖고, 호퍼탱크(40)와 경계를 이루는 좌우하단 외벽 모서리가 둔각의 직선형태를 가지는 것을 설명하였지만, 샌드위치단열구조(100)를 적용할 수 있음은 물론이다.
LPG탱크(10) 사이에 형성되는 코퍼댐(20) 역시 전술한 바와 같이 샌드위치단열구조(100)를 적용하여 형성될 수 있는데, 도 1 및 도 7을 참고하여 구체적으로 설명한다.
도 1 및 도 7에 도시된 바와 같이, 샌드위치단열구조(100)가 적용된 코퍼댐(20)은, 한 쌍의 횡격벽(21, 22)에 의해 형성될 수 있으며, 한 쌍의 횡격벽(21, 22) 사이에는 다수의 수평부재와 보강재가 설치될 수 있다.
이러한 코퍼댐(20)은, 다수의 LPG탱크(10) 중에서 적어도 하나 이상 중간에 설치되는 LPG탱크(10)의 양측과, 최전방측 및 최후방측에 각각 마련되는 LPG탱크(10)의 외측에 설치될 수 있다.
구체적으로, 코퍼댐(20)은, 전방횡격벽(21)과 후방횡격벽(22)으로 이루어지는 한 쌍의 횡격벽(21, 22)에서, 전방횡격벽(21)과 후방횡격벽(22) 중 적어도 어느 하나가 2차방벽(110)을 이루는 샌드위치단열구조(100)로 형성될 수 있다.
즉, 다수의 LPG탱크(10) 중에서 적어도 하나 이상 중간에 마련되는 LPG탱크(10)의 양측에 설치되는 코퍼댐(20)은, 전방횡격벽(21)이 2차방벽(110)을 이루는 샌드위치단열구조(100)와, 후방횡격벽(22)이 2차방벽(110)을 이루는 샌드위치단열구조(100)에 의해 형성될 수 있다.
또한, 다수의 LPG탱크(10) 중에서 최전방측에 마련되는 LPG탱크(10)의 외측에 설치되는 코퍼댐(20)은, 샌드위치단열구조(100)가 적용되지 않은 전방횡격벽(21)과, 후방횡격벽(22)이 2차방벽(110)을 이루는 샌드위치단열구조(100)에 의해 형성될 수 있다.
또한, 다수의 LPG탱크(10) 중에서 최후방측에 마련되는 LPG탱크(10)의 외측에 설치되는 코퍼댐(20)은, 전방횡격벽(21)이 2차방벽(110)을 이루는 샌드위치단열구조(100)와, 샌드위치단열구조(100)가 적용되지 않은 후방횡격벽(22)에 의해 형성될 수 있다.
본 발명의 LPG탱크(10) 또는 코퍼댐(20)에 적용되는 샌드위치단열구조(100)의 시공방법을 도 4의 (a) 내지 (e)를 참고하여 설명하면 다음과 같다.
도 4의 (a)를 참고하면, 더블헐(31), 더블버텀(32) 구조를 갖는 선체(30) 또는 LPG탱크(10)를 구획하는 한 쌍의 횡격벽(21, 22)을 제작한다.
여기서, 더블헐(31)의 내측판(31b), 더블버텀(32)의 선저내판(32b) 또는 코퍼댐(20)을 이루는 한 쌍의 횡격벽(21, 22)은 샌드위치단열구조(100)의 2차방벽(110)으로 적용될 수 있다.
도 4의 (b)를 참고하면, 페리미터-바(150)를 2차방벽(110) 상에 용접하여 고정 설치하고, 페리미터-바(150)의 내부에 진공단열패널(130), 커넥터(160), 스페이서(170)를 배치한다.
도 4의 (c)를 참고하면, 페리미터-바(150)의 내부에 진공단열패널(130), 커넥터(160), 스페이서(170)를 배치한 상태에서, 1차방벽(120)을 페리미터-바(150)의 상부에 배치하고, 용접에 의해 1차방벽(120)을 페리미터-바(150)의 상부에 고정 설치한다.
도 4의 (d)를 참고하면, 1차방벽(120)에 적어도 하나 이상의 구멍을 뚫고, 1차방벽(120), 2차방벽(110), 페리미터-바(150)에 의해 형성된 금속 박스공간 내부에 구멍을 통해 폴리우레탄(140)을 주입하여 경화시킨다.
도 4의 (e)를 참고하면, 1차방벽(120)의 구멍을 폐쇄하고, 이로써 본 발명의 샌드위치단열구조(100)가 완성된다.
이와 같이 본 실시예는, 샌드위치단열구조(100)를 선체(30) 내면에 직접 시공함으로써, 사각공간을 감소시킬 수 있어, 화물 용적 용량을 증대시킬 수 있다.
또한, 본 실시예는, 샌드위치단열구조(100)의 도입을 통한 구조 강성 증가로 탱크 내부 구조가 기존 독립형 탱크 대비 단순화할 수 있어, 제작비를 절감할 수 있다.
또한, 본 실시예는, 샌드위치단열구조(100)의 특성상 충격/폭발/화재에 매우 우수한 저항성을 가질 수 있어, 탱크 제작 시 화재 위험을 근본적으로 해결할 수 있다.
또한, 본 실시예는, 샌드위치단열구조(100)의 특성상 진동 및 소음을 저감시킬 수 있다.
또한, 본 실시예는, 샌드위치단열구조(100)의 단열재로 폴리우레탄(140)을 주입만 하면 되므로, 제작 방법이 기존의 독립형 탱크에 비해 매우 간단하고 빨라 제작 기간 및 공수를 대폭 감소시킬 수 있다.
또한, 본 실시예는, 샌드위치단열구조(200)의 단열재로 솔리드 타입(solid type) 폴리우레탄(240)을 사용함으로써, 열수축 방지 능력이 우수하여 별도의 보강재가 필요 없어, 제작비를 더욱 절감할 수 있다.
또한, 본 실시예는, 코퍼댐(20)을 샌드위치단열구조(100)로 적용함으로써, LPG 누수 검출이 용이하고 유지보수 작업을 용이하게 수행할 수 있다.
또한, 본 실시예는, 호퍼탱크(40)의 크기는 그대로 유지하면서 LPG탱크(10)의 내벽은 곡선형태를 이루도록 함으로써, LPG탱크(10)의 좌우하단 모서리에 발생하는 응력 집중을 저감시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 중심으로 본 발명을 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 기술내용을 벗어나지 않는 범위에서 실시예에 예시되지 않은 여러 가지의 조합 또는 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들로부터 용이하게 도출 가능한 변형과 응용에 관계된 기술내용들은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 선박 10: LPG탱크
20: 코퍼댐 21: 전방횡격벽
22: 후방횡격벽 30: 선체
31: 더블헐 31a: 외측판
31b: 내측판 32: 더블 버텀
32a: 선저외판 32b: 선저내판
40: 호퍼탱크 100, 200: 샌드위치단열구조
100a, 100b: 단위샌드위치패널 110: 2차방벽
120: 1차방벽 130: 진공단열패널
140, 240: 폴리우레탄 141, 241: 하부폴리우레탄
142, 242: 상부폴리우레탄 150: 페리미터-바
151: 하부판 152: 상부판
153: 단열층 160: 커넥터
161: 웨브 162: 플랜지
170: 스페이서 171: 하부스페이서
172: 상부스페이서
A1 내지 A6: 제1 내지 제6직선 B1, B2:제1,2곡선

Claims (6)

  1. 내부에 저장된 LPG를 외부와 단열시키는 샌드위치단열구조를 구비하되,
    상기 샌드위치단열구조는,
    선체의 내측판 또는 선저내판으로 이루어지는 2차방벽;
    상기 2차방벽의 상부에 설치되는 페리미터-바;
    상기 페리미터-바의 상부에 설치되는 1차방벽;
    상기 2차방벽, 상기 페리미터-바, 상기 1차방벽에 의해 형성된 박스공간에 내장되는 진공단열패널; 및
    상기 진공단열패널과 상기 2차방벽 사이에 형성되는 하부폴리우레탄과, 상기 진공단열패널과 상기 1차방벽 사이에 형성되는 상부폴리우레탄으로 구성되는 폴리우레탄을 포함하고,
    상기 페리미터-바는,
    상기 2차방벽과 연결되는 하부판;
    상기 1차방벽과 연결되는 상부판; 및
    상기 하부판과 상기 상부판 사이에 형성되는 단열층을 포함하는 샌드위치 구조를 이루는 것을 포함하고,
    상기 샌드위치단열구조는,
    다수의 단위샌드위치패널을 상기 페리미터-바로 연결하여 이루어지되,
    패널 조인트 부분에서, 상기 1차방벽이 분리되고 상기 2차방벽이 공유되는 2개의 상기 단위샌드위치패널이 1개의 상기 페리미터-바에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 LPG 탱크.
  2. 제1항에 있어서, 상기 다수의 단위샌드위치패널은,
    상기 진공단열패널을 중심에서 하부쪽으로는 상기 하부폴리우레탄과 상기 2차방벽이 적층되고, 상부쪽으로 상기 상부폴리우레탄과 상기 1차방벽이 적층되는 것을 특징으로 하는 LPG 탱크.
  3. 제1항에 있어서, 상기 페리미터-바는,
    상기 하부판을 상기 2차방벽의 상부와 T이음용접 하고, 상기 상부판을 상기 단위샌드위치패널 각각의 상기 1차방벽 끝단부와 겹치기용접 하는 것을 특징으로 하는 LPG 탱크.
  4. 제1항에 있어서, 상기 샌드위치단열구조는,
    상기 진공단열패널을 중심에서 하부쪽으로는 상기 하부폴리우레탄과 상기 2차방벽이 적층되고, 상부쪽으로 상기 상부폴리우레탄과 상기 1차방벽이 적층되는 다수의 단위샌드위치패널을 상기 페리미터-바로 연결하여 이루어지되,
    블록 조인트 부분에서, 2개의 상기 단위샌드위치패널이 2개의 상기 페리미터-바에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 LPG 탱크.
  5. 제4항에 있어서,
    어느 하나의 상기 페리미터-바는,
    상기 하부판의 일측을 어느 하나의 상기 단위샌드위치패널의 상기 2차방벽의 상부와 T이음용접 하고, 상기 하부판의 타측을 어느 하나의 상기 단위샌드위치패널의 상기 2차방벽 끝단부와 겹치기용접 하고, 상기 상부판을 어느 하나의 상기 단위샌드위치패널의 상기 1차방벽 끝단부와 겹치기용접 하고,
    다른 하나의 상기 페리미터-바는,
    상기 하부판의 일측을 다른 하나의 상기 단위샌드위치패널의 상기 2차방벽의 상부와 T이음용접 하고, 상기 하부판의 타측을 다른 하나의 상기 단위샌드위치패널의 상기 2차방벽 끝단부와 겹치기용접 하고, 상기 상부판을 다른 하나의 상기 단위샌드위치패널의 상기 1차방벽 끝단부와 겹치기용접 하는 것을 특징으로 하는 LPG 탱크.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 상기 LPG 탱크가 구비되는 것을 특징으로 하는 LPG 선박.
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