KR102160477B1 - 극저온 유체 저장탱크의 단열 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 극저온 유체 저장탱크의 단열 구조에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 코러게이션 멤브레인의 주름부가 하방으로 볼록하게 형성됨으로써 저장탱크 내의 극저온 유체 유동으로 인한 주름부 등의 파손을 방지할 수 있고, 고가의 재질을 반드시 요구하지 않게 됨으로써 가격 경쟁력을 확보할 수 있으며, 코러게이션 멤브레인 상에 추가적인 구조재의 설치가 가능하고, 추가적인 구조재의 설치에 의해 슬로싱(sloshing)의 영향을 최소화할 수 있으며, 추가적인 구조재가 열수축을 허용하도록 슬라이딩 가능하게 설치됨으로써 형상 및 배치에 대한 제약을 해소할 수 있는 극저온 유체 저장탱크의 단열 구조에 관한 것이다.
본 발명에 따른 극저온 유체 저장탱크의 단열 구조는 저장탱크의 내부에 다수로 배열되도록 설치되고, 주름부가 하방을 향하도록 형성되는 코러게이션 멤브레인; 상기 코러게이션 멤브레인 상에 돌출되도록 다수로 마련되는 고정부; 및 상기 고정부에 측방향으로 슬라이딩 가능하게 고정되어, 상기 코러게이션 멤브레인 상에 다수로 설치되는 안티슬로싱구조재를 포함한다.

Description

극저온 유체 저장탱크의 단열 구조{Insulation structure of cryogenic fluid storage tank}
본 발명은 극저온 유체 저장탱크의 단열 구조에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 코러게이션 멤브레인의 가격 경쟁력을 확보하면서 주름부의 파손 우려가 없도록 하고, 슬로싱(sloshing)으로 인한 영향을 최소화할 수 있도록 구성된 극저온 유체 저장탱크의 단열 구조에 관한 것이다.
일반적으로 천연가스는 육상이나 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas; 이하, "LNG"라 함)의 상태로 LNG 운반선(LNG carrier)에 저장되어 운반된다. LNG는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 대략 -163℃로 냉각하여, 그 부피를 6백분의 1로 줄임으로써 해상을 통한 원거리 운반에 적합하다. 이러한 LNG의 운반에 사용되는 선박으로는 LNG 운반선 외에도, LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 도착한 후, 저장된 LNG를 재기화하여 천연가스 상태로 하역하는 LNG RV(LNG Regasification Vessel)가 있으며, 최근에는 LNG FPSO(LNG Floating, Production, Storage and Offloading)나 LNG FSRU(LNG Floating Storage and Regasification Unit)와 같은 부유식 해상 구조물에 대한 수요가 점차 증가하고 있다.
이와 같은 선박이나 부유식 해상 구조물은 초저온 상태로 액화시킨 LNG를 보관 및 저장할 수 있는 LNG 탱크가 구비되는데, LNG 탱크에 대한 종래 기술로는, 한국공개특허 제10-2012-0134596호의 액화천연가스 화물창의 단열구조가 있다. 이는 선체 내측면에 결합되며, 단열을 행하도록 형성되는 복수개의 인슐레이션 패널부; 상기 복수개의 인슐레이션 패널부 상부와 결합하는 2차 방벽; 상기 2차 방벽 상면에 배치되는 스페이서 합판; 및 상기 복수개의 스페이서 합판 상부와 결합하는 1차 방벽을 포함한다.
그러나 종래 기술은 1차 방벽이 SUS 재질의 코러게이션 멤브레인(corrugation membrane)으로 이루어짐으로써 열수축에서 발생하는 스트레스를 최소화하도록 하는데, 이러한 1차 방벽이 상방으로 볼록하게 주름부를 형성함으로써 운항 중 발생하는 슬로싱(sloshing)의 하중에 매우 취약하여 빈번하게 파손되고, 주름부에 의해 상부에 추가적인 구조재의 설치를 어렵게 하는 문제점을 가지고 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 1차 방벽이 하방으로 볼록하게 주름부를 형성할 경우, 주름부의 빈 공간에 파손 방지를 위한 보강재를 넣어야 하는 제작상 번거로움과 비용 증가를 초래하는 문제점을 가지고 있었다.
또한 종래의 다른 기술로서, 1차 방벽을 인바(invar) 재질의 평판으로 구성할 경우, 열수축 계수가 낮은 인바 재질의 특성으로 인해 별도의 주름부를 형성할 필요가 없으므로 슬로싱의 하중으로 인한 파손의 우려가 적지만, 인바의 높은 가격으로 인해 경제성을 해치게 되는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 코러게이션 멤브레인의 가격 경쟁력을 확보하면서 주름부의 파손 우려가 없는 우수한 내구성을 가지도록 하고, 슬로싱(sloshing)으로 인한 영향을 최소화하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 극저온 유체 저장탱크의 단열 구조에 있어서, 상기 저장탱크의 내부에 다수로 배열되도록 설치되고, 주름부가 하방을 향하도록 형성되는 코러게이션 멤브레인; 상기 코러게이션 멤브레인 상에 돌출되도록 다수로 마련되는 고정부; 및 상기 고정부에 측방향으로 슬라이딩 가능하게 고정되어, 상기 코러게이션 멤브레인 상에 다수로 설치되는 안티슬로싱구조재를 포함하는 극저온 유체 저장탱크의 단열 구조가 제공된다.
상기 고정부는 상기 코러게이션 멤브레인 상에 돌출되도록 설치되는 고정축; 상기 고정축에 고정되어 상기 안티슬로싱구조재를 지지하는 고정판; 및 상기 안티슬로싱구조재를 관통하여 상기 고정판에 체결되는 고정볼트를 포함할 수 있다.
상기 안티슬로싱구조재는 상기 고정볼트가 관통되는 관통홀이 상기 고정볼트의 직경보다 큰 직경을 가지도록 형성될 수 있다.
상기 고정부는 상기 고정볼트에 삽입되어 상기 안티슬로싱구조재 상에 위치하는 와셔를 더 포함할 수 있다.
상기 고정판은 상기 고정볼트가 다수로 체결됨으로써 상기 안티슬로싱구조재가 다수로 고정될 수 있다.
상기 안티슬로싱구조재는 사각형의 플레이트로 이루어지고, 모서리에 "ㄱ"자 형상의 모따기부가 형성되며, 상기 모따기부 내에 형성되는 모서리돌기에 관통홀이 형성되고, 상기 고정판은 상기 고정축에 의해 상기 안티슬로싱구조재의 모서리가 모이는 위치에 설치되고, 상부에 상기 안티슬로싱구조재 각각의 모서리 경계에 대응하도록 "+"자 형상의 돌출부가 형성됨으로써 상기 안티슬로싱구조재의 모서리돌기 각각이 안착되는 안착홈이 형성되며, 상기 안착홈 각각에 상기 고정볼트가 체결될 수 있다.
상기 고정축은 상기 고정판이 상단에 나사 체결되는 볼트 부재로 이루어지고, 상기 코러게이션 멤브레인이 설치되는 부재에 볼트 용접에 의해 고정될 수 있다.
상기 안티슬로싱구조재는 상기 코러게이션 멤브레인의 하측에 설치되는 인슐레이션패널 각각에 대응하도록 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 극저온 유체 저장탱크의 단열 구조에 있어서, 상기 저장탱크의 내부에 다수로 배열되도록 설치되는 코러게이션 멤브레인을 포함하고, 상기 코러게이션 멤브레인은 주름부가 상기 저장탱크의 외측을 향하도록 형성되고, 상기 저장탱크의 내측에 안티슬로싱구조재가 추가로 설치되는 극저온 유체 저장탱크의 단열 구조가 제공된다.
본 발명에 따르면, 코러게이션 멤브레인의 주름부가 하방으로 볼록하게 형성됨으로써 저장탱크 내의 극저온 유체 유동으로 인한 주름부 등의 파손을 방지할 수 있고, 고가의 재질을 반드시 요구하지 않게 됨으로써 가격 경쟁력을 확보할 수 있으며, 코러게이션 멤브레인 상에 추가적인 구조재의 설치가 가능하고, 추가적인 구조재의 설치에 의해 슬로싱(sloshing)의 영향을 최소화할 수 있으며, 추가적인 구조재가 열수축을 허용하도록 슬라이딩 가능하게 설치됨으로써 형상 및 배치에 대한 제약을 해소할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시례에 따른 극저온 유체 저장탱크의 단열 구조를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시례에 따른 극저온 유체 저장탱크의 단열 구조에 적용되는 인슐레이션 시스템을 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시례에 따른 극저온 유체 저장탱크의 단열 구조의 고정부와 안티슬로싱구조재의 결합부분을 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시례에 따른 극저온 유체 저장탱크의 단열 구조의 안티슬로싱구조재 요부를 도시한 사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시례에 따른 극저온 유체 저장탱크의 단열 구조의 작용을 종래와 비교 설명하기 위한 도면.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시례에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 하기 실시례는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시례에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시례에 따른 극저온 유체 저장탱크의 단열 구조를 도시한 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시례에 따른 극저온 유체 저장탱크의 단열 구조(100)는 LNG, LPG 등과 같은 극저온 유체의 저장탱크에 대한 단열 구조로서, 저장탱크의 내부에 다수로 배열되도록 설치되는 코러게이션 멤브레인(corrugation membrane; 110)을 포함하는데, 코러게이션 멤브레인(110)은 주름부(111)가 저장탱크의 외측을 향하도록 형성되고, 저장탱크의 내측에 안티슬로싱구조재(anti-sloshing structural member ; 130)가 추가로 설치된다. 여기서 저장탱크의 내부는 LNG, LPG 등이 저장되는 내부공간을 의미할 수 있고, 본 실시례에서 상부를 나타낸다. 또한 저장탱크의 외측은 내부공간의 반대측을 의미할 수 있으며, 본 실시례에서 하부를 나타낸다.
본 발명의 일 실시례에 따른 극저온 유체 저장탱크의 단열 구조(100)는 LNG 운반선(LNG carrier) 외에도, LNG RV(LNG Regasification Vessel) 뿐만 아니라, LNG FPSO(LNG Floating, Production, Storage and Offloading)나 LNG FSRU(LNG Floating Storage and Regasification Unit) 등과 같은 부유식 해상 구조물의 저장탱크에 적용될 수 있다. 또한 본 발명의 일 실시례에 따른 극저온 유체 저장탱크의 단열 구조(100)는 안티슬로싱구조재(130)가 써멀 스트레스(thermal stress)를 방지하기 위하여, 슬라이딩이 가능하도록 설치되는데, 일례로 코러게이션 멤브레인(110)과의 슬라이딩 결합 구조에 의해 코러게이션 멤브레인(110)에 직접 고정되거나, 다른 예로서 본 실시례에서처럼 고정부(120)에 의해 코러게이션 멤브레인(110) 상에 설치될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 코러게이션 멤브레인(110)은 저장탱크의 내부에 다수로 배열되도록 설치되고, 주름부(111)가 하방을 향하도록 형성될 수 있으며, 저장탱크의 인슐레이션 시스템에서 1차 방벽에 해당될 수 있다. 또한 코러게이션 멤브레인(110)은 일례로 SUS 재질로 이루어질 수 있으며, 이에 한하지 않고, 저장되는 극저온 유체의 특성과 저장탱크의 구조적 강도 등을 고려하여, 인바(invar)나 알루미늄 합금 등과 같은 다양한 금속이나 금속합금으로 이루어질 수 있다.
한편 저장탱크를 이루는 인슐레이션 시스템은 1차 방벽에 해당하는 코러게이션 멤브레인(110) 외에도, 선체에 고정되는 제 2 인슐레이션패널(140), 제 2 인슐레이션패널(140) 상에 설치되는 2차 방벽(150), 2차 방벽(150) 상에 설치되는 제 1 인슐레이션패널(160)을 포함할 수 있고, 제 1 인슐레이션패널(160) 상에 코러게이션 멤브레인(110)이 설치될 수 있으며, 이들을 용접이나 볼팅 또는 별도의 결합매개부재나 접착제를 이용하여 결합 내지 고정시킬 수 있다. 또한 제 1 및 제 2 인슐레이션패널(160,140)은 목재나 합성수지 등을 비롯하여 다양한 단열재료로 제작될 수 있다. 또한 제 1 인슐레이션패널(160)은 일례로 코러게이션 멤브레인(110)의 주름부(111)가 하방으로 형성되는 점을 감안하여, 코러게이션 멤브레인(110)의 안정적인 지지를 위하여, 주름부(111)가 내측으로 수용되기 위한 수용홈(161)을 형성할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 고정부(120)는 코러게이션 멤브레인(110) 상에 돌출되도록 다수로 마련되고, 안티슬로싱구조재(130)의 고정을 위하여 다양한 구조를 가질 수 있으며, 본 실시례에서처럼 고정축(121), 고정판(122) 및 고정볼트(123)를 포함할 수 있고, 나아가서 와셔(124)를 더 포함할 수 있다. 또한 고정부(120)는 SUS 재질을 비롯하여 극저온 유체의 저온 특성에 견딜 수 있는 다양한 재질로 이루어진다.
고정축(121)은 코러게이션 멤브레인(110) 상에 돌출되도록 설치되는데, 예컨대 고정판(122)이 상단에 나사 체결되는 볼트 부재로 이루어질 수 있으며, 코러게이션 멤브레인(110)이 설치되는 부재, 예컨대 2차 방벽(150)에 볼트 용접에 의해 고정될 수 있다. 또한 고정축(121)은 저장탱크를 이루는 인슐레이션 시스템이나 선체 중에서, 2차 방벽(150)을 대신하여 볼트 용접이 가능한 부재에 고정될 수 있으며, 볼트 용접을 대신하여 다양한 체결 방식이나 고정 방식을 이용하여 코러게이션 멤브레인(110) 상에 위치하도록 설치될 수 있다.
고정판(122)은 고정축(121)에 고정되어 안티슬로싱구조재(130)를 지지하도록 하는데, 본 실시례에서처럼 고정볼트(123)가 다수로 체결됨으로써 고정볼트(123) 각각이 안티슬로싱구조재(130) 각각을 고정시키도록 하여, 안티슬로싱구조재(130)가 다수로 고정될 수 있다. 또한 고정판(122)은 고정축(123)에 의해 안티슬로싱구조재(130)의 모서리가 모이는 위치에 설치될 수 있고, 상부에 안티슬로싱구조재(130) 각각의 모서리 경계에 대응하도록 "+"자 형상의 돌출부(122a)가 형성됨으로써, 후술하게 될 안티슬로싱구조재(130)의 모서리돌기(133) 각각이 안착되는 안착홈(122b)이 형성될 수 있으며, 안착홈(122b) 각각에 고정볼트(123)가 나사 체결될 수 있다.
고정볼트(123)는 안티슬로싱구조재(130)를 관통하여 고정판(122)에 나사 체결되며, 머리부(123a)에 의해 안티슬로싱구조재(130)가 상하방향으로 이탈됨을 억제하게 된다.
와셔(124)는 고정볼트(123)에 삽입되어 안티슬로싱구조재(130) 상에 위치함으로써 안티슬로싱구조재(130)가 고정볼트(123)와의 마찰에 의해 손상되는 것을 방지하도록 한다.
안티슬로싱구조재(130)는 고정부(120)에 측방향, 즉 자신의 길이방향이나 폭방향(도 4의 화살표 참조)으로 슬라이딩 가능하게 고정되어, 코러게이션 멤브레인(110) 상에 다수로 설치되고, 코러게이션 멤브레인(110) 전체에 걸쳐서 설치될 수 있으며, 인슐레이션 시스템과 달리 코러게이션 멤브레인(110) 상에 부분적으로 설치될 수 있다. 따라서 안티슬로싱구조재(130)는 저장탱크의 내부공간에 채워진 LNG 등과 같은 극저온 유체의 유동에 의해 코러게이션 멤브레인(110)에 가해지는 하중을 차단하고, 이로 인해 코러게이션 멤브레인(110)의 주름부(111)가 슬로싱(sloshing)에 의해 손상되는 것을 방지하게 된다. 또한 안티슬로싱구조재(130)는 SUS 재질이나 인바(invar) 또는 알루미늄 합금 등과 같은 다양한 금속이나 금속합금으로 이루어질 수 있다.
안티슬로싱구조재(130)는 고정볼트(123)로부터 측방향으로 슬라이딩되기 위하여, 고정볼트(123)가 관통되는 관통홀(131)이 고정볼트(123)의 직경보다 큰 직경을 가지도록 형성된다.
도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 안티슬로싱구조재(130)는 코러게이션 멤브레인(110)의 하측에 설치되는 인슐레이션패널, 예컨대 제 1 인슐레이션패널(160) 각각에 대응하도록 배치될 수 있으며, 이로 인해 제 1 인슐레이션패널(160)과 동일한 규격을 가질 수 있다. 또한 안티슬로싱구조재(130)는 사각형의 플레이트로 이루어질 수 있고, 모서리에 "ㄱ"자 형상의 모따기부(132)가 형성될 수 있으며, 모따기부(132) 내에 형성되는 모서리돌기(133)에 관통홀(131)이 형성될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 극저온 유체 저장탱크의 단열 구조의 작용을 설명하기로 한다.
코러게이션 멤브레인(110)은 주름부(111)가 하방으로 볼록하도록 형성됨으로써 주름부(111)가 저장탱크 내부로 돌출되지 않도록 하고, 이로 인해 저장탱크 내의 극저온 유체, 예컨대 LNG의 유동으로 인해 주름부(111)가 파손되는 것을 방지할 수 있다. 또한 주름부(111)가 하방으로 형성됨으로써 코러게이션 멤브레인(110) 상에 추가적인 구조재, 즉 안티슬로싱구조재(130)의 설치를 가능하도록 한다.
코러게이션 멤브레인(110)은 주름부(111)의 형성이 허용됨으로써 열수축 계수가 낮은 인바 재질 등과 같은 고가의 재료를 반드시 사용하지 않아도 되므로, 가격 경쟁력을 확보할 수 있다.
추가적인 구조재로서 안티슬로싱구조재(130)의 설치로 인해 운항 중 슬로싱(sloshing)으로 인한 영향을 최소화할 수 있으며, 나아가서 안티슬로싱구조재(130)가 열수축을 허용하도록 고정부(120)에 슬라이딩 가능하게 설치됨으로써 형상 및 배치에 대한 제약을 해소할 수 있다.
도 5의 (a)는 기존 LNG 저장탱크의 인슐레이션 시스템으로서, 슬로싱으로 인한 충격을 나타내는데, 인슐레이션 시스템에 LNG의 슬로싱으로 인한 충격이 집중되는 임팩트 에리어(impact area)가 형성됨을 알 수 있다. 이러한 임팩트 에리어는 충격 하중의 집중으로 인해 인슐레이션 시스템, 특히 코러게이션 멤브레인의 파손을 초래하게 된다. 또한 도 5의 (b)는 본 발명에서와 같이, 인슐레이션 시스템의 상부측 내지 저장탱크 내부측으로 안티슬로싱구조재(130)가 설치됨을 나타내는데, LNG의 슬로싱으로 인한 충격 하중을 예컨대 라운드 형태로 분산 및 완화시킴을 나타내며, 슬로싱으로 인한 인슐레이션 시스템의 파손이 방지됨을 알 수 있다.
본 발명은 상기 실시례에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
110 : 코러게이션 멤브레인 111 : 주름부
120 : 고정부 121 : 고정축
121a : 고정너트 121b : 고정와셔
122 : 고정판 122a : 돌출부
122b : 안착홈 123 : 고정볼트
123a : 머리부 124 : 와셔
130 : 안티슬로싱구조재 131 : 관통홀
132 : 모따기부 133 : 모서리돌기
140 : 제 2 인슐레이션패널 150 : 2차 방벽
160 : 제 1 인슐레이션패널 161 : 수용홈

Claims (9)

  1. 극저온 유체 저장탱크의 단열 구조에 있어서,
    상기 저장탱크의 내부에 다수로 배열되도록 설치되고, 주름부가 하방을 향하도록 형성되는 코러게이션 멤브레인;
    상기 코러게이션 멤브레인 상에 돌출되도록 다수로 마련되는 고정부; 및
    상기 고정부에 측방향으로 슬라이딩 가능하게 고정되어, 상기 코러게이션 멤브레인 상에 다수로 설치되는 안티슬로싱구조재를 포함하고,
    상기 고정부는,
    상기 코러게이션 멤브레인 상에 돌출되도록 설치되는 고정축;
    상기 고정축에 고정되어 상기 안티슬로싱구조재를 지지하는 고정판; 및
    상기 안티슬로싱구조재를 관통하여 상기 고정판에 체결되는 고정볼트를 포함하고,
    상기 고정판은,
    상기 고정볼트가 다수로 체결됨으로써 상기 안티슬로싱구조재가 다수로 고정되고,
    상기 안티슬로싱구조재는,
    사각형의 플레이트로 이루어지고, 모서리에 "ㄱ"자 형상의 모따기부가 형성되며, 상기 모따기부 내에 형성되는 모서리돌기에 관통홀이 형성되고,
    상기 고정판은,
    상기 고정축에 의해 상기 안티슬로싱구조재의 모서리가 모이는 위치에 설치되고, 상부에 상기 안티슬로싱구조재 각각의 모서리 경계에 대응하도록 "+"자 형상의 돌출부가 형성됨으로써 상기 안티슬로싱구조재의 모서리돌기 각각이 안착되는 안착홈이 형성되며, 상기 안착홈 각각에 상기 고정볼트가 체결되는, 극저온 유체 저장탱크의 단열 구조.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 안티슬로싱구조재는,
    상기 고정볼트가 관통되는 관통홀이 상기 고정볼트의 직경보다 큰 직경을 가지도록 형성되는, 극저온 유체 저장탱크의 단열 구조.
  4. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 고정부는,
    상기 고정볼트에 삽입되어 상기 안티슬로싱구조재 상에 위치하는 와셔를 더 포함하는, 극저온 유체 저장탱크의 단열 구조.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 고정축은,
    상기 고정판이 상단에 나사 체결되는 볼트 부재로 이루어지고, 상기 코러게이션 멤브레인이 설치되는 부재에 볼트 용접에 의해 고정되는, 극저온 유체 저장탱크의 단열 구조.
  8. 청구항 1 또는 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안티슬로싱구조재는,
    상기 코러게이션 멤브레인의 하측에 설치되는 인슐레이션패널 각각에 대응하도록 배치되는, 극저온 유체 저장탱크의 단열 구조.
  9. 삭제
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