KR102240250B1 - 유체 저장 탱크의 단열을 위한 자력 지지 케이스 및 그 케이스의 제조 방법 - Google Patents

유체 저장 탱크의 단열을 위한 자력 지지 케이스 및 그 케이스의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유체 저장 탱크의 열적 단열을 위해 의도된 자력 지지 케이스에 관한 것으로,
- 베이스 패널과 커버 패널;
- 베이스 패널과 커버 패널 사이에 개재된 복수의 지지 웹(14)들을 포함하되,
상기 지지 웹(14)들은 두께 방향으로 연장된 중심 코어(17)와 상기 중심 코어(17)를 샌드위치 방식으로 둘러싸는 2개의 외측 스킨(18)들을 포함하는 복합 구조를 구비하며, 상기 중심 코어(17)는 외측 스킨(18)들보다 낮은 열전도율을 가진다. 외측 스킨들은 섬유 강화 열가소성 폴리머로 된 매트릭스를 포함하고, 중심 코어(17)는 열가소성 폴리머로 된 매트릭스를 포함하며, 외측 스킨들(18)과 중심 코어(17)는 외측 스킨들(18)과 중심 코어(17)의 열가소성 매트릭스들의 용융에 의해 결합된다.

Description

유체 저장 탱크의 단열을 위한 자력 지지 케이스 및 그 케이스의 제조 방법 {Self-supporting box for thermally insulating a fluid storage tank and method for producing such a case}
본 발명은 극저온 유체와 같은 유체를 저장 및/또는 수송하기 위해 멤브레인을 구비하고 유체 밀봉되고 단열된 탱크에 관한 것이다.
멤브레인을 구비하며 유체 밀봉되고 단열된 탱크들은 특히 대기압 하에서 -162°C 근처에서 저장되는 액화 천연 가스(LNG)의 저장을 위해 사용된다. 이 탱크들은 지상 또는 부유식 설비에 설치될 수 있다. 부유식 설비의 경우, 탱크는 액화 천연 가스의 수송을 위한 것이거나 부유식 설비의 추진을 위한 연료로서 기여하는 액화 천연 가스를 수용하기 위한 것일 수 있다.
문헌 FR 2 877 639는 탱크 벽체를 포함하며 유체 밀봉되고 단열된 탱크가 부유식 설비의 지지 구조물에 고정되고, 탱크의 안쪽으로부터 바깥쪽으로의 두께 방향으로 연속적으로, 액화 천연 가스와 접촉하도록 된 주 유체 밀봉 배리어(barrier), 주 단열 배리어, 보조 유체 밀봉 배리어 및 지지 구조물에 고정된 보조 단열 배리어를 보여주는 것을 설명하고 있다. 단열 배리어들은 복수의 인접하고, 평행육면체이며, 단열된 케이스들을 포함한다. 평행육면체 케이스들은 합판 베이스 패널, 합판 커버 패널 및 베이스 패널과 커버 패널 사이에 개재된 복수의 지지 웹을 포함한다. 이 케이스들은 또한 지지 웹들 사이에 배열된 격실 내부로 연장된 단열 라이닝으로 채워져 있다.
지지 웹들은 폴리머-레진 기반 복합물, 예를 들어 유리 또는 카본 섬유로 강화된 폴리에스터 레진 또는 에폭시로 만들어지고 사출 성형에 의해 얻어진다. 지지 웹들은 베이스 패널과 커버 패널들에 수직한 방향으로의 압축력에 대해 우수한 저항력을 보장하도록 파도 모양을 이루며 따라서 탱크에 우용된 액체에 의해 가해지는 유체 정역학적 압력에 저항한다. 따라서, 파도 모양의 덕택으로 지지 웹들의 두께를 줄이는 것이 가능하며 결과적으로 상기 웹들을 통한 열전도를 감소시키는 것이 가능하다. 그러나 파도 모양 웹들을 제조하기 위해 사용되는 복합 재료는 여전히 높은 열전도율을 갖고 있다. 따라서 이런 방식으로 만들어진 단열 케이스들의 단열 성능은 전적으로 만족스럽지는 않다.
이에 더하여, 문헌 DE 2441392 또한 액화 천연 가스의 저장을 위한 밀봉되고 단열된 탱크를 설명하고 있다. 이 탱크는 커버 패널, 베이스 패널 및 케이스들의 두께 방향으로 연장된 복수의 지지 웹들을 포함하는 단열 케이스들을 포함한다. 지지 웹들 각각은 목재 또는 플라스틱으로 만들어지고 가로대(cross-brace)에 의해 서로 고정된 2개의 강체 측면 패널을 포함한다. 단열 소재가 두 강체 측면 패널들 사이에 사출된다. 지지웹의 이런 구조는, 첫째, 압축력에 대한 만족스러운 저항력을 획득하기 위해 베이스 패널과 커버 패널들 상에서 지지웹들의 넓은 지지면과, 둘째, 지지 웹들의 제한된 등가 열전도율, 즉 우수한 단열 성능 사이에서 우수한 타협점을 제공한다. 그러나 이런 지지 웹들을 제조하는 것은 복잡하며 복잡한 형상의 제조를 허용하지 않는다.
본 발명이 기초로 하고 있는 아이디어는 우수한 열적 단열 성능을 가지며 제조하기가 간단한 자력 지지 단열 케이스를 제안하는 것이다.
일실시예에 따르면, 본 발명은 유체 저장 탱크의 열적 단열을 위해 의도된 자력 지지 단열 케이스로서:
- 케이스의 두께 방향으로 서로 이격된 베이스 패널과 커버 패널;
- 베이스 패널과 커버 패널 사이에 개재되고 두께 방향으로 연장되어 복수의 격실들을 규정하는 복수의 지지 웹들로서, 두께 방향으로 연장된 중심 코어와 상기 중심 코어를 샌드위치 방식으로 둘러싸는 2개의 외측 스킨들을 포함하는 복합 구조를 구비하며, 상기 중심 코어는 외측 스킨들보다 낮은 열전도율을 가지는 지지 웹들; 및
- 지지 웹들 사이에 배열된 상기 격실들(15) 내부에서 연장된 단열 라이닝;
을 포함하되,
- 외측 스킨들은 섬유 강화 열가소성 폴리머로 된 매트릭스를 포함하고;
- 중심 코어는 열가소성 폴리머로 된 매트릭스를 포함하며,
- 외측 스킨들과 중심 코어는 외측 스킨들과 중심 코어의 열가소성 매트릭스들의 용융에 의해 결합되는 자력 지지 단열 케이스를 제공한다.
따라서 지지 웹들의 이런 샌드위치 구조는 우수한 휨 저항성과 제한적인 등가 열전도율, 즉 우수한 단열 성능 모두를 가져다 준다. 이성분(heterogeneous) 소재의 등가 열전도율은 이성분 소재와 같은 동일한 등가 열저항성을 나타내는 균질 소재의 열전도율이다.
또한, 외측 스킨들과 중심 코어가 매트그들의 열적 확산에 의해 결합되므로, 이들은 외측 스킨들의 고정을 보장하기 위한 가로대(cross brace)를 필요로 하지 않고도 압축력을 흡수할 수 있는 합착된 조립체를 형성한다.
실시예들에 따르면, 이런 케이스는 하나 이상의 다음의 특성을 포함할 수 있다.
- 외측 스킨들(18)은 열가소성 폴리머 매트릭스로 함침된 섬유질 직물 또는 매트를 포함하고, 섬유질은 유리 섬유, 카본 섬유 및 아라미드 섬유로부터 선택된다. 이런 외측 스킨들은 우수한 압축 강도와 낮은 밀도를 가진다.
- 외측 스킨들과 중심 코어의 열가소성 폴리머 매트릭스들은 차이가 60°C보다 작은 용융 온도를 가진다. 이것은 매트릭스들의 열 용융을 용이하게 한다.
- 외측 스킨들과 중심 코어의 열가소성 폴리머 매트릭스들은 동일하다. 이런 실시예는 외측 스킨들과 중심 코어 사이에 우수한 합착을 보장한다.
- 외측 스킨들과 중심 코어의 열가소성 매트릭스들은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리아미드, 폴리옥시메틸렌, 폴리에터이미드 및 이들의 공중합체로부터 선택된다.
- 중심 코어의 열가소성 매트릭스는 천연 섬유로 강화된다. 천연 섬유는 낮은 전도율을 가지며 따라서 지지 웹들의 등가 열전도율을 제한하면서 중심 코어의 강화를 가능하게 한다.
- 중심 코어의 열가소성 매트릭스는 단열 충전물로 강화된다.
- 중심 코어의 열가소성 매트릭스는 글래스 매팅으로 된 펠트에 의해 강화되고, 외측 스킨들의 그것보다 작은 밀도, 바람직하게는 900 kg/m3보다 작은 밀도를 가진다. 이런 소재는 우수한 기계적 특성과 열적 단열 특성을 가진다.
- 베이스 패널과 커버 패널 각각은 적어도 하나의 열가소성 요소를 포함하고,
지지 웹들은 지지 웹들과 베이스 패널 및 커버 패널의 열가소성 요소들 사이의 인터페이스 영역들에서 열가소성 용접에 의해 베이스 패널과 커버 패널에 고정된다. 따라서 지지 웹들은 베이스 패널 및/또는 커버 패널에 간단하고도 신뢰성 있는 방식으로 결합될 수 있는데, 이는 후자의 강도가 베이스 패널 및/또는 커버 패널에 대한 고정에 의해 감소되지 않는 식으로 이들의 고정이 지지 웹들의 구조적 통합성을 저하시키지 않기 때문이다.
- 지지 웹들은 복수의 파도모양을 가지되, 이 파도모양의 축은 베이스 패널과 커버 패널에 수직하게 연장된다.
일실시예에 따르면, 본 발명은 또한
유체 저장 탱크를 위한 단열을 제공하도록 된 자력 지지 단열 케이스의 제조 방법을 제안하는데, 상기 방법은:
- 복수의 지지 웹들을 제조;
- 베이스 패널 및 커버 패널을 제공;
- 베이스 패널과 커버 패널이 케이스의 두께 방향으로 이격되어 지지 웹들이 두께 방향으로 연장되도록 베이스 패널과 커버 패널 사이에 지지 웹들을 고정;
- 단열 라이닝으로 지지 웹들 내에 배열된 복수의 격실들을 라이닝하는 것을 포함하되,
지지 웹의 제조는:
- 섬유 강화 열가소성 폴리머로 된 매트릭스를 포함하는 2개의 외측 스킨들을 제공;
- 열가소성 폴리머 매트릭스를 포함하고 외측 스킨들보다 낮은 열전도율을 가지는 중심 코어를 제공;
- 중심 코어의 양측에 있는 몰드에 외측 스킨들을 배치;
- 외측 스킨들과 중심 코어를 외측 스킨들과 중심 코어의 열가소성 매트릭스들의 용융에 의해 결합
하는 것을 포함한다.
실시예들에 따르면, 이러한 방법은 다음과 같은 특성 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
- 외측 스킨들과 중심 코어는 열압착, 공압출 또는 열간 적층에 의해 결합된다.
- 베이스 패널과 커버 패널 각각은 지지 웹들을 고정하기 위한 적어도 하나의 열가소성 요소를 포함하고, 지지 웹들은 지지 웹들과 베이스 패널 및 커버 패널의 열가소성 요소들 사이의 인터페이스 영역들에서 열가소성 용접 작업에 의해 베이스 패널(10) 및 커버 패널(11)에 고정된다.
일실시예에 따르면, 본 발명은 나란히 배열된 복수의 상기 언급된 케이스들을 포함하는 단열 배리어와 이 단열 배리어에 대해 놓이는 밀봉 멤브레인을 포함하는 유체 밀봉되고 열적으로 단열된 유체 저장 탱크도 제공한다. 이런 탱크는 단일한 밀봉 멤브레인 또는 2개의 단열 배리어들과 교번하는 2개의 밀봉 멤브레인으로 만들어질 수 있다.
이런 탱크는 예컨대 LNG를 저장하기 위한 지상 저장 설비의 일부를 형성하거나 연안 또는 해안의 부유식 구조물, 특히 LNG 수송선, 부유식 저장 및 재가스화 유닛(FSRU), 부유식 제조 저장 및 하역 유닛(FPSO) 등에 설치될 수 있다.
일실시예에 따르면, 냉각 액체 제품 운송용 선박은 이중 선체와 이 이중 선체에 배열된 상기 설명된 탱크를 포함한다.
일실시예에 따르면, 본 발명은 이러한 선박을 적재 또는 하역하기 위한 방법으로서, 유체가 단열 파이프라인을 통해 부유식 또는 지상 저장 설비로부터 선박의 탱크로, 또는 선박의 탱크로부터 부유식 또는 지상 저장 설비로 안내되는 방법도 제공한다.
일실시예에 따르면, 본 발명은 유체를 전달하기 위한 시스템으로서,상기 선박, 선박의 선체에 설치된 탱크를 부유식 또는 지상 저장 설비로 연결하기 위해 배열된 단열 파이프라인들 및 단열 파이프라인들을 통해 유체를 부유식 또는 지상 저장 설비로부터 선박의 탱크로, 또는 선박의 탱크로부터 부유식 또는 지상 저장 설비로 인도하기 위한 펌프를 포함하는 시스템도 제공한다.
첨부의 도면들을 참조로, 단지 설명을 위해 제한하려는 뜻 없이 제시된 본 발명의 몇몇 특정한 실시예들의 이어지는 설명으로부터 본 발명이 더욱 잘 이해될 것이며, 그 목적, 상세, 특징 및 장점들이 더 명확히 나타날 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 탱크 벽체의 단순화된 사시도이다.
도 2는 도 1로부터 탱크 벽체의 단열 케이스의 단순화된 평면도이다.
도 3은 지지 웹의 측면도이다.
도 4는 도 3의 IV-IV 평면을 따른 단면도이다.
도 5, 도 6, 도 7은 3개의 서로 다른 실시예들에 따른 복합 구조를 가진 지지 웹들의 사시도들이다.
도 8은 열가소성 매트릭스에 함침된 글래스 매트의 펠트를 포함하는 복합 소재 플레이트들의 제조를 위한 단계들을 설명한다.
도 9는 열압착에 의한 지지 웹의 성형 단계를 개략적으로 설명한다.
도 10은 제1 실시예에 따른 자력 지지 케이스의 개략 단면도이다.
도 11은 제2 실시예에 따른 자력 지지 케이스의 개략 단면도이다.
도 12는 제3 실시예에 따른 지지 웹과 베이스 패널 사이의 결합의 상세도이다.
도 13은 LNG 수송선의 탱크와 이 탱크를 적재 및 하역하기 위한 터미널의 단순화된 개략적 묘사이다.
도 1은 유체 밀봉되고 열적으로 단열된 탱크를 나타내고 있다. 이런 탱크의 전반적인 구조는 잘 알려져 있으며 다면체 형상을 가진다. 따라서 탱크의 모든 벽체들이 유사한 전반적인 구조를 가졌다는 전제하에서 탱크 벽체의 단 하나의 영역만이 설명될 것이다.
탱크의 벽체는 탱크의 바깥쪽으로부터 안쪽으로 지지 구조물(1), 지지 구조물(1) 상에 서로 인접하게 배열되고 보조 유지 요소들(4)에 의해 거기에 고정된 단열 케이스들(3)로부터 형성된 보조 단열 배리어(2), 케이스들(3)에 의해 지지되는 보조 밀봉 멤브레인(5), 나란히 배열되고, 예를 들어 주 유지 요소들(8)에 의해 보조 밀봉 멤브레인(5)에 고정됨으로써 지지 구조물(1)에 직간접적으로 고정된 된 단열 케이스들(7)에 의해 형성된 주 단열 배리어(6), 케이스들(7)에 의해 지지되고 탱크에 수용된 극저온 유체와 접촉하도록 된 주 밀봉 멤브레인(9)을 포함한다.
지지 구조물(1)은 특히 자력 지지 금속 플레이트 또는 더 일반적으로는 적절한 기계적 특성을 가진 임의의 유형인 강체 칸막이일 수 있다. 지지 구조물은 특히 선박의 선체 또는 이중 선체에 의해 형성될 수 있다. 지지 구조물은 탱크의 전반적인 형태를 결정하는 복수의 벽체를 포함한다.
주 밀봉 멤브레인(9)과 보조 밀봉 멤브레인(5)은 예를 들어 융기된 가장자리를 가지는 금속 스트레이크(strake)들의 연속적인 띠로부터 형성되는데, 상기 스트레이크들은 케이스들(3, 7)의 커버에 고정된 평행한 용접 지지체들과 그 융기된 가장자리가 용접된다. 금속 스트레이크들은 예를 들어 인바(Invar®), 즉 철과 니켈의 합금으로 만들어지는데, 그 팽창계수는 전형적으로 1.2 Ｘ10- 6 K-1 와 2 Ｘ 10-6 K- 1사이이다.
보조 단열 배리어(2)의 케이스들(3)과 주 단열 배리어(6)의 케이스들(7)은 동일하거나 다른 구조를 가질 수 있으며, 동일하거나 다른 크기일 수 있다.
도 2를 참조하여, 보조 단열 배리어(2) 및/또는 주 단열 배리어(6)의 케이스(3, 7)의 전반적인 구조를 설명한다. 케이스(3, 7)는 실질적으로 직각 평행육면체의 형태를 가진다. 케이스(3, 7)는 서로 평행한 베이스 패널(10)과 커버 패널(11)을 포함한다. 그 내부면에서, 커버 패널(11)은 밀봉 멤브레인의 금속 스트레이크의 용접 지지체를 수용하기 위한 그루브(groove)(12)들을 가진다.
복수의 스페이서 요소들이 베이스 패널(10)과 커버 패널(11) 사이에 수직하게 개재된다. 복수의 스페이서 요소들은 먼저 2개의 마주보는 측면 벽체들(12, 13), 다음으로 복수의 지지 웹들(14)을 포함한다. 지지 웹들(14)은 2개의 측면 벽체들(12, 13) 사이에서 상기 측면 벽체들(12, 13)과 수직한 방향으로 서로 평행하게 배열된다.
단열 라이닝을 수용하기 위한 격실들(15)이 지지 웹들(14) 사이에 제공된다.
단열 라이닝은 적절한 열적 단열 특성을 가진 임의의 소재로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 단열 라이닝은 펄라이트(perlite), 글래스 울(glass wool), 폴리우레탄 폼(polyurethane foam), 폴리에틸렌 폼(polyethylene foam), 폴리염화비닐 폼(polyvinyl chloride foam), 에어로젤(aerogel) 등과 같은 소재로부터 선택된다.
단열 라이닝이 펄라이트나 글래스 울과 같은 벌크 단열 소재가 아니고 예를 들어 폼으로 형성된 경우, 측면 벽체들(12, 13)은 케이스(3, 7)의 전체 폭에 걸쳐 연장될 필요가 더 이상 없다. 따라서 도시되지 않은 실시예에서, 도 2의 실시예의 각각의 측면 벽체(12, 13)는 정중면(median plane)의 양쪽 측면의 측면 가장자리를 따라 연장된 2개의 틸트 방지 보강 웹들로 대체되는데, 각각의 보강 웹들은 상기 측면 가장자리의 끝단 근처까지 연장된다. 도 2에 도시된 지지 웹들(14)은 파도 모양을 이루며 그 전반적인 길이 방향의 양쪽 측면으로 진동한다. 따라서 각각의 파도 모양은 베이스 패널(10)과 커버 패널(11)에 수직한 축을 따라 연장된다. 도시된 실시예에서, 파도 모양들은 실질적으로 사인 곡선형이다. 그러나, 다른 형태의 파도 모양도 가능하다. 예를 들어, 파도 모양은 특히 삼각 톱니 또는 직사각 노치(notch)의 형태를 가질 수 있다. 그 형태 덕택으로, 이런 파도 모양 지지 웹들(14)은 좌굴(bukling)에 대한 높은 저항성을 가진다. 주기적인 구조의 파도 모양이 압축 강도의 우수한 균일성을 가능하게 하지만, 국부적인 기계적 필요를 충족하기 위해 비주기적인 파도 모양을 제공하는 것도 가능하다.
도 3 및 도 4는 지지 웹(14)을 설명하고 있다. 베이스 패널(10)과 커버 패널(11)을 따라 연장된 그 가장자리들을 따라 지지 웹(14)은 하중 배분 플레이트들(16a, 16b)을 포함한다. 상측 플레이트(16a)는 커버 패널(11)에 놓이도록 된 평탄면을 가지며, 하측 플레이트(16b)는 베이스 패널(10)에 놓이도록 된 평탄면을 가진다. 플레이트들(16a, 16b)은 2개의 플레이트들(16a, 16b) 사이에서 연장된 그 주요 부분에서의 지지 웹(14)의 벽체의 두께보다 큰 폭을 가진다. 따라서 하중 배분 플레이트들(16a, 16b)은 지지 웹(14)과 베이스 패널(10) 및 커버 패널(11) 사이에 더 넓은 지지면을 제공함으로써 특정한 영역에 응력이 집중되는 것을 방지한다. 하중 배분 플레이트들은 도 3 또는 도 4에 나타낸 바와 같이 평행육면체 형태를 가질 수 있다. 이 경우, 플레이트들(16a, 16b)의 폭은 파도 모양의 진폭과 동일할 수 있다. 다른 실시예들에서, 하중 배분 플레이트들(16a, 16b)은 그 자신이 파도 모양을 가질 수 있다.
지지 웹들(14)의 복합 구조가 도 5, 도 6 및 도 7을 참조로 설명되어 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 지지 웹들(14)은 특히 도 5에 묘사된 바와 같은 사인 곡선형 파도모양, 도 7에 묘사된 바와 같은 톱니 형태로 된 파도모양을 가지거나, 또는 도 6에 묘사된 바와 같이 평탄한 기하학적 형태를 가질 수 있다.
지지 웹들(14)은 중심 코어(17)와 상기 중심 코어(17)를 샌드위치와 같은 방식으로 파지하는 2개의 외측 스킨(skin)(18)을 포함하는 복합 구조를 가진다. 중심 코어(17)의 기능은 지지 웹들의 등가 열전도율에 제한적인 영향만을 가지면서 그 이차원 모멘트(quadratic moment)를 증가시킴으로써 지지 웹의 휨 강도를 증가시키는 것이다. 따라서 중심 코어(17)는 외측 스킨(18)들보다 더 낮은 열전도율을 가진다.
중심 코어(17)의 두께는 외측 스킨(18)의 두께의 0.5배와 10배 사이이다.
외측 스킨(18)들은 섬유 강화 열가소성 폴리머의 매트릭스를 포함한다. 중심 코어(17) 또한 열가소성 폴리머의 매트릭스를 포함한다. 따라서 중심 코어(17)에 대한 외측 스킨(18)들의 결합은 열융합에 의해 열가소성 매트릭스들을 결합하는 것에 의해 이루어질 수 있다. 중심 코어(17)와 외측 스킨(18)들은 따라서 분리됨이 없이 압축력을 흡수할 수 있는 합착되고 강한 전체를 형성한다.
예를 들어, 외측 스킨(18)들과 중심 코어(17)의 매트릭스들은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 폴리아미드(polyamide), 폴리옥시메틸렌(polyoxymethylene), 폴리에터이미드(polyetherimide) 및/또는 그들의 공중합체로부터 선택된다. 일실시예에서, 외측 스킨(18)들과 중심 코어(17)의 매트릭스들은 서로 다르다. 따라서 외측 스킨(18)들과 중심 코어(17)의 결합을 용이하게 하기 위해, 열가소성 매트릭스들이 유사한 용융 온도를 가지도록 하는 것이 유리한데, 이들의 용융 온도 사이의 차이는 바람직하게는 60°C 보다 적다. 다른 실시예에서, 외측 스킨(18)들의 매트릭스들과 중심 코어(17)의 매트릭스가 동일하다.
외측 스킨들은 열가소성 폴리머 매트릭스로 함침된 섬유질 직물 또는 매트(mat)를 포함하는데, 섬유질들은 글래스 섬유(glass fiber), 카본 섬유(carbon fiber) 및 아라미드 섬유(aramide fiber)로부터 선택된다. 섬유질들은 장섬유, 즉 10mm 보다 큰 섬유들이다. 이런 장섬유들은 만족할만한 기계적 강도를 보장한다.
일실시예에 따르면, 외측 스킨(18)들은 GMT(glass fiber mat reinforced thermoplastics: 유리 섬유 매트 강화 열가소성 수지)로 일반적으로 알려진 소재로 만들어진다. 이런 소재들은 우수한 기계적 강도와 20 °C에서 400 mW/m.K 수준의 열전도율을 가진다.
도 8에 나타낸 일실시예에 따르면, GMT타입의 소재들은 초기에 복합 소재 플레이트들의 형태로 만들어진다. 이를 수행하기 위해, 이중 벨트 프레스(19)에 유리 섬유(20)과 열가소성 레진(30)이 공급된다. 열가소성 레진(30)은 압출된 필름 또는 파우더의 형태로 이중 벨트 프레스(19)에 적재될 수 있다. 이중 벨트 프레스(19)로부터의 출구에서, 절단 장치가 복수의 플레이트들이 얻어지도록 한다.
다른 실시예에서, GMT타입의 소재들은 글래스 매트에 얽힌 열가소성 폴리머 매트의 형태로서, 따라서 핫프레스(hot-press)되도록 의도된 직물을 형성하는 글래스 매트와 매트릭스로 이루어진다. 예를 들어, 이런 소재는 트윈텍스(Twintex®)라는 이름으로 베트로텍스(Vetrotex)사에 의해 판매된다.
이에 더하여, 중심 코어(17) 또한 유리하게 강화된다. 그러나 중심 코어(17)의 열전도율을 제한하기 위해, 강화 소재는 그 단열 특성을 고려하여 선택된다.
일실시예에서, 중심 코어(17)는 리넨(linen), 대마(hemp), 황마(jute)와 같은 천연 섬슈로 강화된다. 이런 천연 섬유들은 20 °C에서 250 mW/m.K 수준의 열전도율을 가진 소재를 만들 수 있게 해준다. 일실시예에서, 천연 섬유들은 펠트(felt), 즉 섬유들이 교착되어 있는 부직포의 형태를 취한다. 이런 펠트는 우수한 단열 특성들을 가진다.
다른 실시예에서, 중심 코어(17)는 단열 충전물(insulating charge)들로 강화된다. 이런 단열 충전물들은 전형적으로 예를 들어 유리 또는 열가소성 수지의 중공 미소구(hollow microsphere)이다.
끝으로, 다른 실시예에서, 중심 코어(17)는 LWRT(Light-Weight Reinforced Thermoplastic: 경량 강화 열가소성 수지)로 알려져 있는 저밀도 강화 열가소성 소재로 이루어진다. 이런 소재는 글래스 매트 펠트와 폴리프로필렌 섬유를 포함하는 열가소성 매트릭스를 포함한다. 예를 들어, 이런 소재는 시말라이트(SymaLITE®)라는 이름으로 쿼드런트(Quadrant)사에 의해 판매된다. 이런 소재는 전형적으로 900 kg/m3 보다 낮은 500 kg/m3 수준의 밀도를 가진다. 이런 열가소성 소재의 밀도는 특히 제조 과정에서 소재에 가해지는 압축력의 강도에 따라 달라진다.
일실시예에서, 외측 스킨(18)들은 중심 코어(17)의 양측에 배열되고 나서 그 조립체가 성형 작업을 받게 된다. 이를 성취하기 위해, 도 9에 도시된 바와 같이, 중심 코어(17)와 중심 코어(17)의 양측에 배열된 외측 스킨(18)들의 조립체(32)가 오븐(31) 안에서 가열되고 나서 몰드(33) 안에 배치되는데, 여기서 압력의 적용에 의해 성형될 것이다. 따라서 지지 웹들(14)은 복합 소재 플레이트들을 가열하고 난 뒤 압력 하에서 이들을 딥드로잉(deep-drawing)함으로써 열압착(thermocompression)에 의해 성형된다.
다른 실시예에서, 지지 웹들(14)은 또한 열성형(thermoforming), 즉 온도 및 진공 조건 하에서 복합 소재 플레이트들의 용융에 의해 만들어질 수 있다.
외측 스킨(18)들과 중심 코어(17)는 열압착 또는 열성형에 의해 성형되는 과정에서 그들의 매트릭스의 열 용융에 의해 결합될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 외측 스킨(18)들과 중심 코어(17)은 열압착 또는 열성형에 의해 성형되기에 앞서 결합될 수 있다. 이를 성취하기 위해, 한 변형예에서, 중심 코어(17)와 외측 스킨(18)들을 포함하는 조립체(32)는 먼저 열간 적층(hot-laminating) 작업을 받게 된다. 다른 변형예에서, 외측 스킨(18)들과 중심 코어(17)는 공압출(co-extrusion)된다.
도 6에 나타낸 바와 같이 평탄한 기하학적 형상으로 된 지지 웹(14)를 획득하기 위해, 열성형 또는 열압착에 의해 성형하는 것이 필요하지 않다는 것에도 주목하여야 한다. 이 경우, 지지 웹(14)은 열간 적층 또는 공압출 후에 직접적으로 얻어질 수 있다.
도 10은 일실시예에서 지지 웹(14)들과 베이스 패널(10) 및 커버 패널(11)의 결합을 나타내고 있다. 여기서 베이스 패널(10) 및 커버 패널(11)은 합판으로 된 몸체를 가지고 있다. 케이스의 내부를 향하고 있는 베이스 패널(10)과 커버 패널(11)의 내부면들은 열가소성 필름들(21, 22)로 덮여 있다. 지지 웹(14)들의 패널들(10, 11)에 대한 고정이 가능해지도록 하기 위해 플라스틱 용접 작업이 열가소성 필름들(22)와 지지 웹들(14) 사이의 인터페이스 영역들(25)에서 수행된다.
용접 작업은 예를 들어 적외선 방사에 의해 수행된다. 그러나 초음파 용접, 유도 가열, 마찰 용접, 용융 재료 추가에 의한 용접, 고열 에어젯 용접 또는 플레이밍(flaming)과 같은 다른 적절한 플라스틱 용접법을 사용하는 것도 가능하다. 유도 용접의 경우 열가소성 소재의 가열이 가능하도록 지지 웹들(14)와 베이스 패널(10) 및 커버 패널(11) 사이의 인터페이스에서 지지 웹들 및/또는 베이스 패널(10) 및/또는 커버 패널(11)에 금속 삽입물이 제공될 필요가 있다는 점에 주목하여야 한다.
일실시예에서, 용접 작업을 수행하기에 앞서, 지지 웹들(14)과 패널들(10, 11) 사이의 인터페이스 영역들(25) 사이에서 베이스 패널(10)과 커버 패널(11)의 내부면들에 보호용 마스크들이 먼저 배열된다. 용접 작업이 수행되고 나면, 보호용 마스크들은 제거될 수 있다. 따라서 열가소성 필름들(21, 22)이 용접 작동 도중 손상되지 않는다. 이런 보호용 마스크들은 예를 들어 금속 또는 세라믹 소재 및/또는 유리로 만들어진다. 유리하게는 이런 마스트들에 물, 공기 또는 기름과 같은 유체가 상기 마스크들의 온도를 조정하기 위해 순환되는 냉각 회로가 장착된다.
도 10에 나타낸 실시예에서, 베이스 패널(10) 및 커버 패널(11)의 외부면들 또한 열가소성 필름들(23, 24)로 덮여 있다. 이런 배열은 특히 탱크의 칠링(chilling) 과정에서 높은 열 응력을 받게될 때, 커버 패널들(10)과 베이스 패널(11)의 휨의 균형을 맞추는 것을 가능하게 한다.
도 11에 도시된 실시예에서, 열가소성 필름의 스트립(29)들은 지지 웹(14)들과의 인터페이스 영역들(25)에 배열된다.
열가소성 필름들(21, 22, 23, 24, 29)은 예를 들어 섬유 강화 열가소성 매트릭스를 포함하는 복합 소재로 만들어진다. 따라서 이런 열가소성 필름들(22, 23, 24, 29)은 그 휨 강성을 증대시키고 그 관통 저항성(puncture resistance)을 향상시킴으로써 베이스 패널과 커버 패널의 기계적인 강도를 증대시키는 데 도움이 된다. 이런 열가소성 필름들(22, 23, 24, 29)은 전형적으로 0.5mm 에서 5mm 수준의 두께를 가진다.
일실시예에서, 열가소성 필름들(21, 22, 23, 24, 29)은 베이스 패널(10과 커버 패널(11)의 몸체에 접착에 의해 고정된다. 사용되는 접착제는 예를 들어 아크릴 접착제, 폴리우레탄 접착제 또는 에폭시 접착제이다.
다른 실시예에서, 열가소성 필름들(21, 22, 23, 24, 29)은 핫프레스 절차에 의해 패널들의 몸체에 고정된다. 이런 경우, 합판의 제조 공정에 열가소성 필름들의 고정을 직접적으로 통합하는 것을 알 수 있다. 이를 수행하기 위해, 목재의 박판(앞서 접착제로 코팅됨)과 열가소성 필름들이 겹쳐지고, 그 뒤 결과적인 스택(stack)이 핫프레스 공정을 받게 된다. 예를 들어, 이런 핫프레스를 위해 스택은 190°C에서 200°C 수준의 온도와 5분의 지속시간 동안 1MPa에서 3MPa 수준의 압력을 받게 된다.
용접 작업을 용이하게 하기 위해, 열가소성 필름들(21, 22, 23, 24, 29)은 중심 코어(17) 및/또는 외측 스킨(18)들의 열가소성 매트릭스와 동일한 열가소성 매트릭스를 포함할 수 있다.
다른 실시예(미도시)에서, 지지 웹들(14)의 고정을 위한 열가소성 요소를 형성하는 것은 베이스 패널(10)과 커버 패널(11)의 실제 몸체들이다. 첫 번째 변형예에서, 베이스 패널(10)과 커버 패널(11)은 섬유 강화 열가소성 매트릭스를 포함하는 복합 소재로 만들어진 몸체를 포함한다.
두 번째 변형예에서, 베이스 패널(10)과 커버 패널(11)은 열가소성 매트릭스로 함침된 목재 몸체로부터 만들어진다. 이 몸체는 앞서 열가소성 매트릭스로 함침된 섬유들의 집괴(agglomeration)에 의해 제조될 수 있다. 이를 대체하여, 몸체는 합판으로 만들어질 수 있는데, 여기서 안쪽 층과 선택적으로 바깥쪽 층은 가열 및 가압 하에서 상기 층들 내부로의 플라스틱 매트릭스의 확산을 위해 충분하게 다공질인 목재로 만들어진다. 이런 목재는 예를 들어 자작나무, 소나무, 오크(oak) 등으로부터 선택된다. 목재 몸체의 열가소성 매트릭스에 의한 함침이 용이하도록 하기 위해, 목재 몸체는 목재 몸체와 열가소성 매트릭스 사이의 연결을 향상시키는 그루브 또는 기타 표면 준비물을 가질 수 있다.
도 12는 일실시예에서 지지 웹(14)들과 베이스 패널(10) 및 커버 패널(11)의 결합을 도시하고 있다. 이 실시예에서 베이스 패널(10)과 커버 패널(11)은 지지 웹(14)들과의 인터페이스에서 열가소성 스터드(stud)(26)가 삽입되는 연속적인 보어(bore)를 포함한다. 열가소성 스터드(26)에는 베이스 패널(10)과 커버 패널(11)의 바깥면에 놓이는 헤드(27)와 지지 웹(14)들의 가장자리에 제공된 보어의 내부로 연장된 말단이 구비된다. 지지 웹(14)에 제공된 보어 내에서 열가소성 스터드의 용접은 베이스 패널(10)과 커버 패널(11)에 대한 지지 웹(14)의 고정을 보장한다. 일실시예에서, 용접 작업은 열가소성 스터드(26)들을 차례로 구동함으로써 마찰에 의해 수행된다. 지지 웹(14)들에 대한 열가소성 스터드(26)의 움직임은 열가소성 소재의 국부적인 가소성이 부여될 때까지, 이어서 용접이 될 때까지 인터페이스의 가열을 이끈다. 일실시예에서, 베이스 패널(10)과 커버 패널(11)은 열가소성 스터드(26)가 또한 베이스 패널(10) 또는 커버 패널(11)에 용접된 것과 같은 열가소성 매트릭스를 구비한 복합 소재로 만들어진 몸체를 포함한다.
도 13을 참조하면 단순화된 모양의 LNG 수송선(70)이 선박의 이중 선체에 설치된 전반적으로 각기둥 형태인 유체 밀봉되고 단열된 탱크(71)를 보여준다. 탱크(71)의 벽체는 탱크에 수용된 LNG와 접촉하도록 된 주 유체 밀봉 배리어, 제1 유체 밀봉 배리어와 선박의 이중 선체(72) 사이에 배열된 보조 유체 밀봉 배리어, 주 유체 밀봉 배리어와 보조 유체 밀봉 배리어 사이와 보조 유체 밀봉 배리어와 이중 선체(72) 사이에 각각 배열된 2개의 단열 배리어들을 포함한다.
그 자체로 알려져 있는 방식으로, 탱크(71)로부터 또는 탱크로 LNG 화물을 전달하기 위해, 선박의 상갑판에 배열된 적재/하역 파이프라인(73)이 적절한 커넥터에 의해 부유식 또는 항만 터미널로 연결될 수 있다.
도 13은 적재 및 하역 스테이션(75), 수중 파이프라인(76), 지상 설비(77)를 포함하는 부유식 터미널의 예를 나타내고 있다. 적재 및 하역 스테이션(75)은 이동식 암(74)과 이동식 암(74)을 지지하는 타워(78)를 포함하는 연안 설비에 고정된다. 이동식 암(74)은 적재/하역 파이프라인(73)에 연결될 수 있는 단열된 가요성 호스(79)의 다발을 지지한다. 방향전환이 가능한 이동식 암(74)은 모든 크기의 수송선에 맞추어 적용될 수 있다. 연결 파이프(미도시)가 타워(78) 내부에 연장되어 있다. 적재 및 하역 스테이션(75)은 수송선(70)이 지상 설비(77)로부터 또는 지상 설비로 적재 및 하역되도록 해준다. 이것은 액화 가스 저장 탱크(80)와 수중 파이프라인(76)을 통해 적재 및 하역 스테이션(75)에 연결된 연결 파이프(81)를 포함한다. 수중 파이프라인(76)은 적재 및 하역 스테이션(75)과 지상 설비(77) 사이에서 먼 거리, 예컨대 5km에 걸쳐 액화 가스의 전달을 가능하게 하는데, 이는 LNG 수송선(70)이 적재 및 하역 작업 중 해안으로부터 먼 거리에 머물 수 있도록 해준다.
액화 가스의 전달에 필요한 압력을 생성하기 위해, 선박(70)에 있는 온보드 펌프 및/또는 지상 설비(77)에 설치된 펌프 및/또는 적재 및 하역 스테이션(75)에 설치된 펌프가 사용된다.
본 발명이 몇몇 특정한 실시예들과 연계하여 설명되었으나, 거기에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 범위에 속한다면 설명된 수단의 모든 기술적인 동등물 및 그들의 조합을 포함하는 것이 명백하다.
동사 '구성되다', '수용하다', '포함하다' 및 그 활용형은 청구범위에 언급된 것들 이외의 다른 구성요소나 단계들을 배제하지 않는다. 구성요소나 단계에 사용된 부정관사 'a'는 따로 특정되지 않는 한 그러한 구성요소나 단계가 복수로 존재하는 것을 배제하지 않는다.
청구범위에서, 괄호 안의 참조 부호는 모두 해당 청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

Claims (17)

  1. 유체 저장 탱크의 단열을 위한 자력 지지 단열 케이스(3, 7)로서
    - 케이스(3, 7)의 두께 방향으로 서로 이격된 베이스 패널(10)과 커버 패널(11);
    - 베이스 패널(10)과 커버 패널(11) 사이에 개재되고 두께 방향으로 연장되어 복수의 격실(15)들을 규정하는 복수의 지지 웹(14)들로서, 두께 방향으로 연장된 중심 코어(17)와 상기 중심 코어(17)를 샌드위치 방식으로 둘러싸는 2개의 외측 스킨(18)들을 포함하는 복합 구조를 구비하며, 상기 중심 코어(17)는 외측 스킨(18)들보다 낮은 열전도율을 가지는 지지 웹들(14); 및
    - 지지 웹들(14) 사이에 배열된 상기 격실들(15) 내부에서 연장된 단열 라이닝;
    을 포함하되,
    - 외측 스킨들은 섬유 강화 열가소성 폴리머로 된 매트릭스를 포함하고;
    - 중심 코어(17)는 열가소성 폴리머로 된 매트릭스를 포함하며,
    - 외측 스킨들(18)과 중심 코어(17)는 외측 스킨들(18)과 중심 코어(17)의 열가소성 매트릭스들의 용융에 의해 결합되는 자력 지지 단열 케이스(3, 7).
  2. 제1항에 있어서,
    외측 스킨들(18)은 열가소성 폴리머 매트릭스로 함침된 섬유질 직물 또는 매트를 포함하고, 섬유질은 유리 섬유, 카본 섬유 및 아라미드 섬유로부터 선택된 자력 지지 단열 케이스(3, 7).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    외측 스킨들(18)과 중심 코어(17)의 열가소성 폴리머 매트릭스들은 동일한 용융 온도 또는 차이가 60°C보다 작은 용융 온도를 가지는 자력 지지 단열 케이스(3, 7).
  4. 제3항에 있어서,
    외측 스킨들(18)과 중심 코어(17)의 열가소성 폴리머 매트릭스들은 동일한 자력 지지 단열 케이스(3, 7).
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    외측 스킨들(18)과 중심 코어(17)의 열가소성 매트릭스들은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리아미드, 폴리옥시메틸렌, 폴리에터이미드 및 이들의 공중합체로부터 선택되는 자력 지지 단열 케이스(3, 7).
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    중심 코어(17)의 열가소성 매트릭스는 천연 섬유로 강화된 자력 지지 단열 케이스(3, 7).
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    중심 코어(17)의 열가소성 매트릭스는 단열 충전물로 강화된 자력 지지 단열 케이스(3, 7).
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    중심 코어(17)의 열가소성 매트릭스는 글래스 매팅으로 된 펠트에 의해 강화되고, 상기 강화된 열가소성 매트릭스는 외측 스킨(18)들의 밀도보다 작은 밀도를 가지는 자력 지지 단열 케이스(3, 7).
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    - 베이스 패널(10)과 커버 패널(11) 각각은 적어도 하나의 열가소성 요소(22, 26, 29)를 포함하고,
    - 지지 웹(14)들은 지지 웹(14)들과 베이스 패널(10) 및 커버 패널(11)의 열가소성 요소들(22, 26, 29) 사이의 인터페이스 영역들에서 열가소성 용접에 의해 베이스 패널(10)과 커버 패널(11)에 고정되는 자력 지지 단열 케이스(3, 7).
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    지지 웹(14)들은 복수의 파도모양을 가지되, 이 파도모양의 축은 베이스 패널(10)과 커버 패널(11)에 수직하게 연장된 자력 지지 단열 케이스(3, 7).
  11. 유체 저장 탱크를 위한 단열을 제공하도록 된 자력 지지 단열 케이스(3, 7)의 제조 방법으로서, 상기 제조 방법은:
    - 복수의 지지 웹(14)들을 제조;
    - 베이스 패널(10) 및 커버 패널(11)을 제공;
    - 베이스 패널(10)과 커버 패널(11)이 케이스(3, 7)의 두께 방향으로 이격되어 지지 웹(14)들이 두께 방향으로 연장되도록 베이스 패널(10)과 커버 패널(11) 사이에 지지 웹(14)들을 고정;
    - 단열 라이닝으로 지지 웹(14)들 내에 배열된 복수의 격실들(15)을 라이닝하는 것을 포함하되,
    지지 웹(14)의 제조는:
    - 섬유 강화 열가소성 폴리머로 된 매트릭스를 포함하는 2개의 외측 스킨(18)들을 제공;
    - 열가소성 폴리머 매트릭스를 포함하고 외측 스킨들보다 낮은 열전도율을 가지는 중심 코어(17)를 제공;
    - 중심 코어(17)의 양측에 있는 몰드에 외측 스킨(18)들을 배치;
    - 외측 스킨(18)들과 중심 코어(17)를 외측 스킨(18)들과 중심 코어(17)의 열가소성 매트릭스들의 용융에 의해 결합
    하는 것을 포함하는 자력 지지 단열 케이스의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    외측 스킨(18)들과 중심 코어(17)는 열압착, 공압출 또는 열간 적층에 의해 결합되는 자력 지지 단열 케이스의 제조 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    베이스 패널(10)과 커버 패널(11) 각각은 지지 웹(14)들을 고정하기 위한 적어도 하나의 열가소성 요소(22, 26, 29)를 포함하고; 지지 웹(14)들은 지지 웹(14)들과 베이스 패널(10) 및 커버 패널(11)의 열가소성 요소들(22, 26, 29) 사이의 인터페이스 영역들에서 열가소성 용접 작업에 의해 베이스 패널(10) 및 커버 패널(11)에 고정되는 자력 지지 단열 케이스의 제조 방법.
  14. 나란히 배열된 복수의 제1항 또는 제2항의 케이스(3, 7)들을 포함하는 단열 배리어와 이 단열 배리어에 대해 놓이는 밀봉 멤브레인을 포함하는 유체 밀봉되고 열적으로 단열된 유체 저장 탱크.
  15. 이중 선체(72)와 이 이중 선체에 배열된 제14항의 탱크(71)를 포함하는 유체 운송용 선박(70).
  16. 제15항의 선박(70)을 적재 또는 하역하기 위한 방법으로서,
    유체는 단열 파이프라인(73, 79, 76, 81)을 통해 부유식 또는 지상 저장 설비(77)로부터 선박의 탱크(71)로, 또는 선박의 탱크로부터 부유식 또는 지상 저장 설비로 안내되는 방법.
  17. 유체를 전달하기 위한 시스템으로서,
    제15항의 선박(70), 선박의 선체에 설치된 탱크(71)를 부유식 또는 지상 저장 설비(77)로 연결하기 위해 배열된 단열 파이프라인들(73, 79, 76, 81) 및 단열 파이프라인들을 통해 유체를 부유식 또는 지상 저장 설비로부터 선박의 탱크로, 또는 선박의 탱크로부터 부유식 또는 지상 저장 설비로 인도하기 위한 펌프를 포함하는 시스템.
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