KR102291818B1 - 단열구조 기술을 적용한 c 타입 극저온 액화가스 탱크, 그 c 타입 극저온 액화가스 탱크 제조방법, 및 극저온 액화가스의 운송방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단열구조 기술을 적용한 C 타입 극저온 액화가스 탱크, 그 C 타입 극저온 액화가스 탱크 제조방법 및 극저온 액화가스의 운송방법에 관한 것으로, 이너 탱크와 아우터 탱크 사이의 공간에 단열재(예를 들어, 진공 단열재)와 고성능의 비발포성 폴리머를 사용하여 피복하는 구조를 채용하여 공간에 진공이 필요 없게 됨에 따라, 아우터 탱크가 단순 피복구조 개념으로 변경되어 박판 구조로 구성할 수 있어, 중량을 대폭 감소할 수 있으며, 공간(갭)에 진공을 하지 않고 단열재와 고성능의 비발포성 폴리머를 사용하므로, 상기 공간을 100㎜ 이하로 줄일 수 있어 그만큼 적재 공간을 확대할 수 있다.

Description

단열구조 기술을 적용한 C 타입 극저온 액화가스 탱크, 그 C 타입 극저온 액화가스 탱크 제조방법, 및 극저온 액화가스의 운송방법{LIQUEFIED NATURAL GAS TANK ADAPTED HEAT INSULATED STRUCTURE TECHNOLOGY, MANUFACTURING METHOD, AND TRANSPORT METHOD OF LIQUEFIED NATURAL GAS}

본 발명은 단열구조 기술을 적용한 C 타입 극저온 액화가스 탱크, 그 C 타입 극저온 액화가스 탱크 제조방법 및 극저온 액화가스의 운송방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 이너 탱크와 아우터 탱크 사이의 공간(space)에 단열재와 고성능의 비발포성 폴리머를 충전하고, 박막의 아우터 탱크를 피복하는 구조를 채용하여, 공간에 진공이 필요 없도록 함으로써(액화가스 탱크의 헤드 쪽에만 진공 구조가 필요할 수도 있음), 아우터 탱크가 단순 피복 개념으로 변경되어 박판 구조로 구성할 수 있으므로 액화가스 탱크의 중량을 대폭 감소할 수 있으며, 단위 용적당 탱크의 부피를 대폭 줄일 수 있어 그만큼 적재 공간을 확대할 수 있는, 단열구조 기술을 적용한 C 타입 극저온 액화가스 탱크, 그 C 타입 극저온 액화가스 탱크 제조방법 및 극저온 액화가스의 운송방법에 관한 것이다.

극저온 가스란, 통상 영하 150℃ 이하의 온도에서 액화되는 가스로서, 산소, 질소, 네온, 수소, 헬륨 등이 있으며, 대표적으로는 LNG 가스가 있다.

천연가스의 경우는, LPG 가스와 비교하여 가격이 훨씬 저렴하고, 공기 오염 물질의 배출이 매우 적은 환경 친화적인 연료로서, 최근 심각해진 대기오염 문제의 주요 해결책으로 부상하고 있으므로, 전 세계적인 수요가 크게 늘어나고 있다.

특히, 극저온 액화 방식을 이용하여 생산되는 액화천연가스는 부피를 1/600로 줄일 수 있으므로 보관 및 운반에 매우 적합하다.

또한, 소규모 LNG 수송의 시장 수요 측면에서 보면, 소규모 LNG 수송은 대형 LNG 운반선이나 배관을 통한 이송이 아니라 LNG를 소규모 트레일러 또는 ISO 컨테이너 사이즈로 규격화된 탱크로 이송하는 방식이다.

기존, LNG 수송 방식은 생산지에서 소비지까지 전달되기 위해서는, LNG 수출국의 대규모 LNG 터미널, 대형 LNG 운반선, 도착 국의 LNG 터미널, 중간 터미널, 배관 및 소비지의 LNG 저장 설비 등, 여러 단계의 복잡한 이송 방식 및 설비가 요구된다.

그에 비해, 소규모 LNG 수송의 개념은, ISO 컨테이너 사이즈로 규격화된 탱크로 LNG를 이송하고, 소비처에서도 이를 이용하여 LNG를 저장 및 사용함으로써, 상기의 복잡한 이송 단계 및 설비를 단순화하는 운송 방식을 지칭한다.

LNG의 주요 소비처인 아시아 국가의 경우는, 국토 면적도 넓을 뿐만 아니라, 여러 여건상 대규모 배관 시설을 구축하는 데 제약이 많다. 이러한 소규모 LNG 운송 방식은 이송 및 보관이 매우 간단하고 필요한 설비가 단순하므로, 도서 지역을 포함한 교통 낙후 지역 및 LNG 터미널 등이 구축되지 않은 도시에서 손쉽게 LNG를 사용할 수 있다는 장점이 있다. 이러한 이유로 소규모 LNG 운송 방식이 크게 각광받고 있으며, 소형 가스 운송 및 공간 활용도가 높은 더블형 Type C 탱크가 주로 사용된다.

액화천연가스는 높은 단열 성능을 갖는 특수 화물창에 저장되어 보관 및 운반되고 있다. 액화천연가스의 저장을 위한 화물창은 크게 멤브레인형과 독립형으로 분류된다.

우선, 멤브레인형 화물창은 선체와 일체를 이루는 것으로, GTT NO96 타입과 TGZ Mark Ⅲ 타입으로 구분된다.

그리고 독립형 화물창은 선체와 일체를 이루지 않고 독립적으로 존재하는 것으로, 방벽의 개수 및 사용 압력에 따라 IMO(International Maritime Organization, 국제해사기구) type A, B, C로 구분된다.

이와 같이 국제해사기구(IMO)에서 규정하는 독립형 탱크는 Type A, Type B, Type C로 구분되는데, 상기 Type A에 속하는 화물창은 1차 방벽과, 상기 1차 방벽의 파손에 의한 액화천연가스의 유출을 방지하기 위해 1차 방벽을 완전히 감싸는 2차 방벽을 갖는다.

Type A는 일반 액체탱크 규정에 따름으로 액화 화물의 유출 가능성이 있다고 가정되면, 만일의 대량 유출에 대비하여 완전 2차 방벽이 요구된다.

저온식 액화 가스 선의 충분한 신뢰성과 중요한 안전 대책으로 2차 방벽이 요구되는데, 이는 예측이 되지 않은 상태에서 액화가스가 탱크에서 누출되는 상태를 가정하여 이 경우에도 선체 강재가 과 냉각되어 취성 파괴로 인해 선체가 손상되지 않도록 15일간 액화 화물을 격납 가능하도록 하는 것이 2차 방벽이다.

상기 IMO type B에 속하는 화물창은 신뢰성이 어느 정도 확인된 1차 방벽과, 그 1차 방벽의 크랙 가능성이 상대적으로 높은 부위만을 감싸는 부분 2차 방벽을 갖는다.

Type B는 광범위한 구조해석에 의해 탱크의 신뢰성을 확인하므로 작은 크랙(crack) 발생을 가정하여 파괴해석을 통해 누출량을 산정하여 이를 적재할 수 있을 만큼의 부분 2차 방벽을 요구하는 것이다.

상기 IMO type B에 속하는 화물창은 구형(moss type)으로 마련되거나, 각형(SPB, Self-supporting Prismatic-shape IMO type B)으로 마련된다.

그리고 IMO Type C에 속하는 화물창은 단열 방법에 따라 싱글형(단일 구조)과 더블형(이중 구조)으로 구분된다.

싱글형 화물창에서는 1차 방벽의 외면에 주로 폼 계열의 단열구조를 부착하는 형태로 단열이 이뤄진다. 그리고 더블형 화물창에서는 1차 방벽을 완전하게 감싸는 2차 방벽 내에서 상기 1차 방벽이 지지되어 있는데, 상기 1차 방벽과 2차 방벽 사이의 공간에 진공 환경이 조성되고, 이러한 진공 공간에서의 복사를 통한 열전달 방지를 위해서, 빈공간 내에 펄라이트 분말을 도포하거나 금속과 종이류 등으로 구성된 Multi-layer Insulation을 1차 방벽에 피복하는 방식이 사용된다.

도 1은 싱글 타입(단일 구조)의 화물창에서의 열교 현상을 설명하는 도면이다.

도 1을 참조하면, 싱글 타입(단일 구조)의 화물창은, 이너 탱크(1) 안에 저온의 액화가스가 저장되고, 이너 탱크(1)는 파운데이션(2)에 의해서 지지되도록 구성된다. 단일 구조의 화물창에서는 파운데이션(2)이 이너 탱크(1)에 직접적으로 접하게 되는데, 이는 외부 피복 단열재(3)의 강도가 약해서 파운데이션(2)이 이너 탱크(1)에 직접적으로 접촉하여야 하기 때문이다.

이하, 싱글 타입(단일 구조)의 장단점을 살펴보면 다음과 같다.

싱글 타입(단일 구조)은, 통상적으로 폼 계열 단열재의 경우에, 300~400mm의 두께를 시공해야만 탱크 내 극저온 냉각이 가능하다. 즉, 직경이 수 m에 달하는 소형 LNG 탱크의 경우는, 이 정도 두께의 피복이 요구된다면 적재 효율이 너무 떨어지므로 싱글 타입 적용이 부적합하다. 폼 계열 단열재의 경우는, 구조적인 강도가 매우 약하므로 수 ton 이상의 탱크 구조를 지지하는 파운데이션(Foundation) 구조를 직접 받칠 수가 없다. 즉, 이너탱크(Inner tank)까지 파운데이션이 직접 연결되어야 하고, 이 구역의 단열 처리가 어렵기 때문에 전반적으로 열교 현상이 높다는 단점이 있다.

하지만, 싱글 타입 탱크로 구성되므로 더블 타입에 비해 중량이 현저히 가볍다는 장점이 있다.

또한, 도 2는 더블 타입(이중 구조)의 화물창을 설명하는 도면이다.

도 2를 참조하면, 더블 타입(이중 구조)의 화물창은, 이너 탱크(1) 안에 저온의 액화가스가 저장되고, 스페이서(10)에 의해서 이너 탱크(1)와 아우터 탱크(11)가 일정한 공간을 유지하도록 구성된다.

파운데이션(2)은 아우터 탱크(11)에 접촉하여 설치되므로 열교 현상이 발생하지 않으며, 배관과 센서(20) 등이 공간(S) 안에 설치되므로 단열이 용이하도록 구성된다.

이하, 더블 타입(이중 구조)의 장단점을 살펴보면 다음과 같다.

더블 타입(이중 구조)은, 내부가 7~10 bar 가량의 팽창 압력을 견디는 중 구조 압력 탱크가 필요하고, 외부에도 진공 압을 버티는 중 구조 압력 탱크가 필요하므로 싱글 타입에 비해 매우 무겁다는 단점이 있다. 특히, ISO 컨테이너 방식의 이송의 경우는, 이러한 특성이 매우 불리하게 작용한다. 국내 도로법에 따르면 트럭과 화물의 전체 중량이 40톤을 초과할 수 없다. ISO 컨테이너 탱크에는 대표적으로 길이 20피트, 40피트 탱크가 있다. 그 중 40피트 탱크를 예를들면, 통상적으로 더블 타입 구조 적용 시, 차량무게와 탱크 자체의 무게를 고려하면 탱크의 용량이 18톤까지 적재가 가능함에도 불구하고 15톤밖에 적재할 수 없는 문제점이 있다.

더블 타입의 진공 구조 제작을 위해서는 고성능 에어 컴프레서 등을 이용하여 내부 공기를 제거하는 작업이 필요하다. 하지만, 40피트 규모의 LNG ISO 탱크만 하더라도 길이가 약 10~12m가량 되고 탱크 사이의 폭도 약 100mm가량이기 때문에, 진공을 구현하여야 하는 체적이 상당히 크다.

따라서, 진공 작업에 상당한 시간이 소요되고, 전체적인 진공도가 소규모 진공구조에 비해서 매우 떨어진다는 단점이 있다. 이 경우, 전체적인 단열 성능도 소규모 진공 구조에 비해서 떨어지게 된다.

통상적으로 소규모로 제작되는 흄드 실리카 방식의 진공단열재 패널이 5m bar 가량의 진공도가 구현되는데에 비하여, 더블 타입의 경우는 실제로는 진공도가 수십 mbar 정도까지만 달성이 가능하고, 탱크들 사이의 진공도 편차도 크다.

또한, 대형 구조의 경우는 미세한 용접 틈 등이 발생할 확률이 소규모 진공 구조에 비해 높으므로, 성능의 편차가 크며 시간이 지남에 따라 진공도가 떨어지는 단점이 있으나, 장점으로는, 파운데이션(Foundation)이 아우터 탱크에 설치되므로, 열교 현상 방지 측면에서 유리하다.

또한, 형상이 복잡한 파이프나 센서 류 등이 진공 구조 내에 설치되므로 단열 시공의 편리성 측면에서 유리하다.

도 3은 종래의 C 타입 극저온 액화가스 탱크를 도시한 종단면도이다.

위 도면을 참조하면, 종래 극저온 액화가스 ISO Tank의 구조는 2겹의 두꺼운 압력 탱크(방벽)를 사용하고, 그 2겹의 두꺼운 압력 탱크 사이의 공간을 진공 상태로 만드는 방식으로 구성되어, 약 9 bar 이상의 고압을 견디면서도 영하 163℃의 극저온을 유지할 수는 단열 탱크구조로 구성된다.

즉, 종래의 C 타입 극저온 액화가스 탱크는 두꺼운 철판으로 제작된 2겹의 압축용기 형태의 이너 및 아우터 탱크(10, 20)를 포개어 사용하며, 그 2겹의 압축용기 형태의 이너 및 아우터 탱크(10, 20) 사이 공간(30)을 진공으로 만들어 압력과 단열을 처리하는 방식으로 구성된다. 이너 탱크(1차 방벽)(10)는 극저온 액화가스의 기화 압력(약 8 bar의 고압)을 견디어야 하나, 실제로 상기 공간의 진공 압력에 의해서 그 이상, 예를 들어 진공 압력(약 9 bar의 고압)을 견디는 방식으로 구성된다.

아우터 탱크(2차 방벽)(20)의 두께는 진공 압력을 견디기 위하여 통상 5mm 이상으로 제작된다.

그러나 종래의 C 타입 극저온 액화가스 탱크는, 이너 탱크에서 아우터 탱크까지 약 120~300mm의 공간(갭: gap)(30)이 필요하고, 2겹의 이너 및 아우터 탱크(10, 20) 사이의 공간(30)에 진공을 만들기 위해서는, 현재의 기술로는 약 1개월 이상의 기간이 소요되어 생산 비용과 기간이 대폭 증가하는 문제점이 있다. 또한, 상기 공간(30) 안에 복사열을 차단하기 위해 알루미늄 피복 코팅 또는 펄라이트 삽입이 요구되어 작업성과 생산성이 현저히 떨어지는 문제가 있다.

또한, 종래의 C 타입 극저온 액화가스 탱크에서는 아우터 탱크(20)의 두께가 진공 압력을 견디기 위하여 5mm 이상으로 제작되므로, 무게가 무겁고, 약 120~300mm의 진공의 공간(갭: gap)(30)이 필요하므로 아투터 탱크 체적당 극저온 액화가스 적재 효율이 떨어지고, 제작공정이 기술 적으로 매우 어려운 단점이 있다.

또한, 육상용 극저온 액화가스 탱크 수송시, 수송화물의 하중 제한 규정(도로교통법 등)에 따라 설계 및 제작에 많은 제약이 수반되며, 적재 효율 및 제작과 유지가 상당히 어려운 단점이 있다.

국내 공개특허 제10-2013-0054308호

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 싱글 및 더블 타입의 C Type 극저온 액화가스 탱크의 문제점을 해결하고 각 타입의 장점을 살리기 위해서, 쉘(실린더 부분)의 이너 탱크 표면에 고성능 단열재(예를 들어, 진공단열재)를 설치하고 얇은 두께의 아우터 탱크를 일정 간격을 띄워서 설치한 후, 비발포성 폴리머를 아우터 탱크 및 상기 고성능 단열재 사이에 경화시켜서, 매우 기밀한 적층 구조 및 가볍고 견고한 구조를 구현하고, 탱크의 헤드(앞뒤 부분)는 이중 탱크 구조 및 진공 구조를 구현함으로써, 단열 성능은 높이면서도 제작이 간편하고, 내구성도 좋고 무게도 가벼운 C Type 극저온 액화가스 탱크, 그 C Type 극저온 액화가스 탱크 제조방법 및 극저온 액화가스 운송방법을 제공함에 목적이 있다.

또한, 본 발명은 공간(갭)에 진공을 하지 않고 단열재와 고성능의 비발포성 폴리머를 사용하므로, 상기 공간을 100㎜ 이하, 바람직하게는 80㎜ 이하로 줄일 수 있어 그만큼 적재 공간을 확대할 수 있는, 단열구조 기술을 적용한 C 타입 극저온 액화가스 탱크, 그 C 타입 극저온 액화가스 탱크 제조방법 및 극저온 액화가스의 운송방법을 제공함에 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 단열구조 기술을 적용한 C 타입 극저온 액화가스 탱크는, 극저온 액화가스를 저장하기 위한 이너 탱크(inner tank); 상기 이너 탱크의 표면을 감싸는 이너 단열재; 상기 이너 단열재의 표면을 감싸는 아우터 단열재; 상기 아우터 단열재의 외부에 설치되어 상기 아우터 단열재와의 사이에 밀폐의 공간을 형성하는 아우터 탱크(outer tank); 및 상기 공간 안에 주입 후 경화되어 충전되는 비발포성 폴리머; 를 포함하되, 상기 공간 안으로 액상의 비발포성 폴리머를 주입한 후 경화시켜서 상기 공간의 내부 면에 상기 비발포성 폴리머가 기밀하게 형성되어 상기 공간에 진공의 필요성이 없는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 극저온 액화가스를 저장하기 위한 이너 탱크; 상기 이너 탱크의 외측으로 상기 이너 탱크와의 사이에 밀폐의 공간을 형성하는 아우터 탱크; 상기 이너 탱크의 단열을 위하여 상기 공간 안에 설치되는 단열재; 및 상기 단열재를 외부충격으로부터 보호하고 구조적 강성을 유지하기 위하여 상기 공간 안에 충전하되, 상기 공간 안으로 액상의 비발포성 폴리머를 주입한 후 경화시켜서 상기 공간의 내부 면에 기밀하게 형성되는 비발포성 폴리머를 포함하여 상기 공간에 진공의 필요성이 없는 것을 특징으로 한다.

상기 비발포성 폴리머는 상기 중간층은 진공단열재를 기본 구성으로 하고, 진공단열재 표면 보호재, 보강 단열재, 및 슬립재 중 적어도 어느 하나 이상의 조합을 더 포함할 수 있다.

상기 진공단열재는 상기 코어 층과 상기 상부 판 사이에 설치되어 단열성능을 가지며, 상기 진공단열재 표면 보호재는 상기 진공단열재와 상기 상부 판 사이에 설치되어 상기 진공단열재의 피복 손상을 방지하며, 상기 슬립 재는 상기 상부 판과의 슬립을 가능하게 할 수 있다.

참고로, 일반적으로 발포성 폴리머를 적용한 LPG 또는 극저온 액화가스 멤브레인 화물창의 경우는, 통상 200~500㎜ 두께의 단열박스를 공장에서 제작하여 화물창에 부착하고 그 위에 저온 특성이 좋은 금속판 또는 합성 재질의 피복을 입히는 방식으로 제작된다. 이러한, 멤브레인 구조는 단열박스 사이에 기본적으로 10~20㎜가량의 설계 공차가 필수적으로 요구된다.

하지만, 단열박스의 수축/팽창을 반복시키는 에이징(aging) 기간 내에 공차 이상의 범위로 변화되는 경우가 많기 때문에 실제로는 단열박스 사이의 틈이 설계 공차 이상으로 형성될 경우가 많다.

즉, 어느 경우든 단열박스 사이는 상당한 틈이 존재한다. 따라서, 이러한 틈 사이로 상당한 열교 현상이 발생할 수 있으며, 가스 누출 시 상당량의 가스가 틈 사이에 고일 수 있다.

본 발명에서는 이러한 틈이 없이 기밀한 구조를 형성할 수 있으므로, 저온 및 극저온 화물창에 적용 시, 단열적으로 멤브레인 방식의 화물창보다 매우 우수하며 안전하다.

또한, 발포성 폴리머를 이용하여 단열 박스를 만들 경우는, 단열박스를 구성하는 합판은 구조적으로 연약한 발포성 폴리머 상부에 접착되므로 슬로싱 충격에 의해 합판이 파손되는 경우도 자주 발생한다.

즉, 합판을 단단한 돌판 위에 올려놓고 큰 충격을 가할 경우, 합판 자체가 눌릴 수는 있어도 잘 파손되지는 않지만, 합판을 침대 위에 올려놓고 충격을 가할 경우, 합판 자체가 먼저 부러지는 원리와 같다. 이를 방지하기 위해서, 밀도 60~400㎏/㎥ 정도의 고밀도 발포성 폴리머를 사용하기도 하지만, 내부의 가스 셀(cell)로 인해서, 슬로싱에 의한 단열박스의 파손에는 여전히 취약하다.

본 발명에서, 비발포성 폴리머는 통상 밀도가 900㎏/㎥ 이상으로 상당히 고밀도 재질이므로, 비발포성 폴리머 위에 배치되는 단열재 층을 슬로싱에 의한 파손 측면에서 효과적으로 보호할 수 있다.

또한, 상기 공간에는 스페이서(spacer)가 설치되어, 아우터 탱크와 아우터 단열재 간의 거리(간격)를 일정하게 유지하도록 하여서, 상기 공간 안에 액상의 비발포성 폴리머를 주입한 후 경화시켜서 상기 공간의 내부 면에 비발포성 폴리머가 기밀하게 형성되도록 한다.

또한, 상기 아우터 단열재는 1차층 단열재와 2차층 단열재가 적층되는 구성일 수 있다.

또한, 본 실시 예에서는, 상기 공간의 내부 면에 상기 비발포성 폴리머가 기밀하게 접착(혹은 밀착)되어 상기 아우터 단열재를 외부충격으로부터 보호하고 구조적 강성을 유지할 수 있도록 한다.

또한, 상기 아우터 단열재로는 진공단열재, 에어로젤 단열재, 슬림의 유기 단열재, 또는 무기 단열재 중 어느 하나를 포함한다.

또한, 상기 이너 단열재는 글라스 울이고, 상기 아우터 단열재는 진공단열재로 구성될 수도 있다.

또한, 본 실시 예에서는, 상기 이너 단열재가 상기 이너 탱크의 표면을 감싸고, 상기 아우터 단열재가 상기 글라스 울의 표면을 감싸며, 상기 비발포성 폴리머가 상기 아우터 단열재의 표면을 감싸는 구조일 수 있다.

더 나아가, 상기 단열재는 이너 단열재와 아우터 단열재로 구성하고, 상기 비발포성 폴리머는 이너 비발포성 폴리머와 아우터 폴리머로 구성하되, 상기 이너 단열재는 상기 이너 탱크의 표면을 감싸고, 상기 이너 비발포성 폴리머는 상기 이너 단열재의 표면을 감싸며, 상기 아우터 단열재는 상기 이너 비발포성 폴리머의 표면을 감싸고, 상기 아우터 비발포성 폴리머는 상기 아우터 단열재의 표면을 감싸는 구조로 구성될 수도 있다.

또한, 상기 이너 비발포성 폴리머와 상기 아우터 비발포성 폴리머의 박리현상을 방지하기 위한 커넥터를 구비할 수 있고, 상기 이너 비발포성 폴리머와 아우터 비발포성 폴리머 내부에 버블 코어를 설치할 수도 있다. 버블 코어는 내부가 빈 형상, 예를 들어 탁구공과 같은 형상의 중공의 경량구체를 포함한다.

한편, 본 발명의 C 타입 극저온 액화가스 탱크 제조방법 일 예는, 극저온 액화가스를 저장하기 위한 이너 탱크의 표면에 이너 단열재를 감싸는 제1단계; 상기 이너 단열재의 표면에 아우터 단열재를 감싸는 제2단계; 상기 이너 탱크 외측으로 아우터 탱크를 배치하여 밀폐의 공간을 형성하되, 스페이서를 이용하여 상기 아우터 단열재와 상기 아우터 탱크 사이의 간격을 일정하게 유지하는 제3단계; 및 상기 공간 안에 액상 비발포성 폴리머를 주입한 후 경화시켜서 상기 공간의 내부 면에 비발포성 폴리머가 기밀하게 접촉하도록 하여 상기 공간에 진공의 필요성이 없도록 하는 제4단계를 포함한다.

또한, 본 발명의 C 타입 극저온 액화가스 탱크 제조방법 다른 예는, 이너 탱크를 제작하는 제1단계; 상기 이너 탱크의 쉘(실린더 부분)의 표면에 단열재를 설치하는 제2단계; 스페이서를 이용하여 박막의 아우터 탱크를 일정 간격으로 띄워서 설치하는 제3단계; 몰드(mold)나 임시 댐 막이 설비를 이용하여 상기 쉘 양 끝단의 노출 공간을 막는 제4단계; 액상의 비발포성 폴리머를 상기 이너 단열재 및 상기 아우터 탱크 사이의 공간에 충전 후 경화시키는 제5단계; 상기 몰드나 임시 댐 막이 설비를 제거하는 제6단계; 상기 이너 탱크의 헤드(앞뒤 부분)에 이중 구조 탱크 방식을 적용하되, 상기 이너 탱크와 간격을 띄워서 진공 압을 견딜 수 있는 중 구조의 아우터 탱크를 설치하는 제7단계; 상기 쉘과 상기 헤드에 위치하는 상기 아우터 탱크를 서로 연결하는 제8단계; 및 상기 이너 탱크와 상기 아우터 탱크 사이의 공간에서 공기를 제거하여 진공구조를 구현하는 제9단계를 포함한다.

또 한편, 본 발명의 극저온 액화가스의 운송방법은 C 타입의 극저온 액화가스 탱크를 준비하는 제1단계; 상기 극저온 액화가스 탱크에 극저온 액화가스를 적재하는 제2단계; 상기 극저온 액화가스가 적재된 상기 극저온 액화가스 탱크를 차량으로 도로를 이용하여 운송하는 제3단계; 및 상기 극저온 액화가스 탱크로부터 극저온 액화가스를 하적하는 제4단계로 이루어진다.

상기 극저온 액화가스 탱크를 준비하는 제1단계는, 상기 극저온 액화가스 탱크가 적재된 차량을 준비하거나 극저온 액화가스 탱크를 준비하는 단계를 포함한다.

상기 극저온 액화가스를 하적하는 제4단계는, 상기 극저온 액화가스 탱크가 적재된 차량으로부터 극저온 액화가스를 하적하거나 상기 극저온 액화가스 탱크를 차량으로부터 내리는 단계를 포함한다.

상기 C 타입의 극저온 액화가스 탱크는 40피트 ISO 컨테이너 탱크 기준으로, LNG 적재량이 16톤 이상 19톤 이하이고, 상기 LNG 적재량을 적재한 탱크를 적재한 차량 기준으로 총 중량이 40톤 이하인 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 진공 압을 견뎌야 하는 중(重) 구조의 아우터 탱크 구조가 아니고 피복 개념의 아우터 실린더 구조만 필요하므로, 액화가스 탱크의 획기적인 경량화가 가능하다.

즉, 기존의 4~6mm가량의 두꺼운 철판을 사용하는 대신에 약 1~2mm가량의 박판 사용이 가능하다.

또한, 철판이 아닌 플라스틱 등의 경량 복합구조 사용도 가능하며, 이 경우, 40피트 LNG ISO 탱크의 경우, 기존 더블 타입 구조에 비해 약 2톤 이상의 전체 탱크 중량 감소가 가능하다.

(2) 기존 이너 탱크는 설계 압에 추가하여 외부 진공 구조에 의한 추가 압력을 고려하여 설계하여야 하는 문제가 있는데 본 발명에서는 그럴 필요가 없다.

즉, 이너 탱크의 설계압력이 8 bar라고 한다면, 이를 둘러싼 구조가 진공 압이므로, 실제로는 약 9 bar 가량의 설계압력을 견뎌야 한다.

하지만, 본 발명의 경우는, 이너 탱크 외부에 대기압이 적용되므로 기존 방식보다 약 1 bar 가량 실제 설계압력이 감소하는 효과가 발생하며, 이로 인한 이너 탱크 두께의 감소하고 이로 인하여 원가 절감 효과 발생한다.

(3) 비발포성 폴리머는 아우터 탱크와 3MPa 이상의 강도로 접합할 수 있으므로, 매우 견고하게 부착되어 있고, 비발포성 폴리머가 경화되면서 발생하는 팽창 압력으로 인해서, 고성능 단열재와 아우터 탱크 사이에 매우 기밀한 구조가 구현 가능하다.

(4) 또한, 비발포성 폴리머는 통상 밀도가 900kg/m3 이상으로 상당한 고밀도 재질이므로, 고성능 단열재를 외부 충격에서 매우 효과적으로 보호할 수 있으며, 견고하게 부착된 비발포성 폴리머와 아우터 탱크와의 복합 구조로 인하여 매우 튼튼한 구조가 형성될 수 있다.

(5) 진공 단열재는 환경이 좋은 공장에서 제작되므로, 안정적인 성능 구현이 가능하며, 전술한 바와 같이 대형 설비를 이용하여 상대적으로 소형 진공 단열 구조를 제작하므로, 기존의 이중 구조 방식의 진공도보다 훨씬 우수한 진공도 구현이 가능하므로, 전체적인 단열 성능 향상이 가능하다.

(6) 이너 탱크와 아우터 탱크의 간격이 약 60~80mm 정도만 필요하므로, 기존 단일 구조 또는 이중구조 탱크 대비 현저한 이너 탱크의 적재 효율 증대 효과가 있다.

(7) 40피트 ISO 컨테이너 탱크 기준으로, LNG 적재량이 15톤 초과, 바람직하게는 16톤 이상, 더욱 바람직하게는 16톤 내지 19톤까지의 LNG를 적재하더라도 LNG를 적재한 탱크를 적재한 차량 기준으로 총 중량이 40톤 이하가 되므로 한국 내 도로교통법규를 지키면서 LNG의 운송이 가능한 장점이 있다.

도 1은 종래 더블 타입(이중 구조)의 화물창을 설명하는 도면
도 2는 더블 타입(이중 구조)의 화물창을 설명하는 도면
도 3은 종래의 C 타입 극저온 액화가스 탱크를 도시한 횡단면도
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 단열구조 기술을 적용한 C 타입 극저온 액화가스 탱크를 도시한 종단면도
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 단열구조 기술을 적용한 C 타입 극저온 액화가스 탱크에서, 공간 안의 내부 적층구조를 도시한 사시도
도 6은 도 4의 I-I선 단면도
도 7은 도 4의 "A" 확대도
도 8은 도 4의 "B" 확대도
도 9는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 단열구조 기술을 적용한 C 타입 극저온 액화가스 탱크에서, 쉘(실린더 부분)의 1차층 진공단열재와 2차층 단열재의 배치를 보인 평면도
도 10은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 단열구조 기술을 적용한 C 타입 극저온 액화가스 탱크에서, 헤드(앞뒤 부분)의 1차 층 진공단열재와 2차 층 단열재의 배치를 보인 평면도
도 11은 본 발명의 버블 코어를 도시한 도면
도 12는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 단열구조 기술을 적용한 C 타입 극저온 액화가스 탱크를 도시한 단면도
도 13은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 단열구조 기술을 적용한 C 타입 극저온 액화가스 탱크에서, 박리현상을 방지하기 위한 커넥터 적용을 설명하는 도면
도 14는 본 발명의 C 타입 극저온 액화가스 탱크 제조방법 일 예를 도시한 흐름도
도 15는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 단열구조 기술을 적용한 C 타입 극저온 액화가스 탱크를 도시한 종단면도
도 16의 도 15의 요부발췌 확대도
도 17은 본 발명의 C 타입 극저온 액화가스 탱크 제조방법 다른 예를 도시한 흐름도
도 18은 본 발명의 극저온 액화가스의 운송방법을 도시한 흐름도

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 단열구조 기술을 적용한 C 타입 극저온 액화가스 탱크, 그 C 타입 극저온 액화가스 탱크 제조방법 및 극저온 액화가스의 운송방법에 대하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 단열구조 기술을 적용한 C 타입 극저온 액화가스 탱크를 도시한 종단면도, 도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 단열구조 기술을 적용한 C 타입 극저온 액화가스 탱크에서, 공간 안의 내부 적층구조를 도시한 사시도, 도 6은 도 4의 I-I선 단면도, 도 7은 도 4의 "A" 확대도, 도 8은 도 4의 "B" 확대도, 도 9는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 단열구조 기술을 적용한 C 타입 극저온 액화가스 탱크에서, 쉘(실린더 부분)의 1차층 진공단열재와 2차층 단열재의 배치를 보인 평면도, 도 10은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 단열구조 기술을 적용한 C 타입 극저온 액화가스 탱크에서, 헤드(탱크의 앞뒤 부분)의 1차 층 진공단열재와 2차 층 단열재의 배치를 보인 평면도, 및 도 11은 본 발명의 버블 코어를 도시한 도면이다. 본 발명의 제1 실시예에서 헤드(앞뒤 부분)도 본 발명에 따른 단열재와 비발포성 폴리머를 구비하여 진공이 필요 없도록 하고 있으나 헤드 부분은 그 체적이 크지 않아서 진공을 만들기도 쉽고 또 종래와 같이 제작하더라도 중량 증가가 크지 않으므로 종래와 같은 방식으로 제작하여도 된다. 또한, 헤드 부분은 배관이나 밸브 등이 많기 때문에 진공단열재를 설치하는 것보다 기존과 같이 이중구조 탱크로 만드는 것이 용이할 수 있다.

위 도면을 참조하면, 본 발명의 단열구조 기술을 적용한 C 타입 극저온 액화가스 탱크는, 극저온 액화가스를 저장하기 위한 이너 탱크(110); 이너 탱크(110)의 외측으로 이너 탱크(110)와의 사이에 밀폐의 공간(S)을 형성하는 아우터 탱크(130); 이너 탱크(110)의 단열을 위하여 공간(S) 안에 설치되는 단열재(120); 및 단열재(120)를 외부충격으로부터 보호하고 구조적 강성을 유지하기 위하여 공간(S) 안에 충전하되, 공간(S) 안으로 액상의 비발포성 폴리머를 주입한 후 경화시켜서 공간(S)의 내부 면에 기밀하게 형성되는 비발포성 폴리머(140)를 포함하여 공간(S)에 진공이 필요 없도록 하면서 강도를 향상시키는 것을 기술적 특징으로 한다.

본 발명의 제1 실시 예에서는 단열재(120)가 이너 단열재(121)와 아우터 단열재(122)로 구성된 구조를 설명하며, 제2 실시 예에서는 단열재(120)가 이너 단열재(121)와 아우터 단열재(122)로 구성되고, 비발포성 폴리머(140) 또한 이너 폴리머(141)와 아우터 폴리머(142)로 구성된 구조를 설명한다(도 12).

우선, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 단열구조 기술을 적용한 C 타입 극저온 액화가스 탱크는 이너 탱크(110) 안에 극저온 액화가스를 저장한다.

이너 탱크(110)는 저장용기 형태로 구성되는 데, 쉘(shell)(혹은 실린더 부분)(111)과 그 쉘(111)의 양쪽에 용접으로 결합하는 헤드(head)(앞뒤 부분)(112)로 구성된다.

이너 탱크(111)는 극저온 액화가스 기화 압력을 견딜 수 있도록 제작되어야 하는데, 두께는 약 5㎜로 설계되어야 하며(40피트 탱크 기준), 약 8 bar의 압력을 견딜 수 있도록 구성되어야 한다.

이너 단열재(121)는 이너 탱크(110)의 표면 전체를 감싸도록 설치된다.

상기 이너 단열재(121)의 일 예로는 글라스 울(glass wool)을 사용할 수도 있다. 이너 단열재(121)은 극저온 내성을 가지는 재질로서, 아우터 단열재(122)가 진공단열재인 경우에, 슬립층의 기능을 수행한다. 이너 탱크(110)의 표면에는 용접 등으로 인하여 표면이 거친 경우가 있는데, 그 표면에 이너 단열재(121)을 감쌈으로써 진공단열재를 보호하는 기능을 할 수 있다. 또한, 탱크와 진공단열재의 신축에 따른 마찰저항을 줄이는 역할을 할 수 있다.

글라스 울은 유리를 고온에서 녹인 후 고속 회전력을 이용해 유리를 섬유처럼 만들어서 일정 크기로 성형한 무기질의 광물 섬유 단열재로서 여러 분야에서 단열 재료로 널리 사용한다.

아우터 단열재(122)는 이너 단열재(121)의 표면을 감싸도록 설치된다.

상기 아우터 단열재(122)는 1차층 단열재(122a)와 2차층 단열재(122b)가 상하로 적층되는 구성될 수도 있으며, 이에 국한되지 않으며 설계 조건에 따라 그 적층 개수 및 적층구조 등은 변경될 수 있다.

도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 1차층 단열재(122a)와 2차층 단열재(122b)가 적층된 구성인 경우는, 1차층 단열재(122a)와 2차층 단열재(122b)가 서로 교차(어긋나게, 말단이 서로 어긋나게 엇박 배치) 배치되는 것이 구조적 측면에 볼 때 더 견고하고, 단열적 측면에서 볼 때도 단열효율을 더 높일 수 있다(말단이 서로 겹쳐서 관통되면 열교 발생하므로). 1차층 단열재(122a)와 2차층 단열재(122b)는 각각 두께 약 20㎜로 제작될 수 있다.

상기 아우터 단열재(122)로는 진공단열재, 에어로젤 단열재, 슬림의 유기 단열재, 또는 무기 단열재 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다.

상기 진공단열재는 예를 들어, 양면에 금속판이 형성되고, 그 금속판 사이에 진공단열 부가 형성된 공지기술 등으로 구성될 수 있다(등록번호 제10-1243695호 참조).

에어로젤 단열재, 또는 슬림(slim)의 유기 단열재, 및 무기 단열재도 공지기술 등으로 구성될 수 있다.

진공단열재의 열전도율은 0.0045 이하(W/mK, 20℃ 기준)로 한다. 에어로젤 단열재는 나노다공성 소재로 인류가 발명한 가장 가벼운 고체이다.

에어로젤 소재는 90% 이상의 기공률과 1~50nm의 기공크기를 가지는 초다공성 소재로서 특히 단열성능이 기존의 재료보다 몇 배 우수하며, 열전도율은 0.000020 이하(W/mK, 20℃ 기준)로 한다.

참고로, 진공단열재는, 상대적으로 소형 패널 (예: 1.5m x 1.5m 내외)을 대형 진공 챔버에서 제작하므로 진공도가 매우 좋으며 단열 성능도 매우 우수하다.

진공단열재는, 통상적으로 환경이 좋은 공장에서 제작되므로 습도 유지 측면에서도 유리하며, 제품별 성능 차이가 미미하다.

원통형 실린더 형상의 진공단열재는 통상적으로 일반 평면 타입의 진공단열재를 구부려서 제작 가능하며, 영하 200도 이하의 극저온에서도 사용 가능하다.

진공단열재는, 내부에 고밀도의 흄드-실리카 또는 압축된 울(Wool) 소재 등이 견고하게 충진되므로, 다른 단열재에 비해 압축 강도가 매우 높지만, 날카로운 충격에 약하며 표면에 파손이 발생할 경우 단열 성능이 급격히 저하된다는 단점이 있다. 하지만, 본 발명에서는 아우터 탱크 표면에 접착 충전되는 비발포성 폴리머에 의하여 보호되므로 충격 보호가 가능하다. 또한, 기밀성인 이너탱크와 비발포성 폴리머에 의하여 진공도도 반영구적으로 유지되는 장점이 있다.

또한, 본 실시 예에서는, 기존에 사용되기 어려운 비정형 타입 단열재(기체, 액체, 젤 타입의 단열재)도 사용할 수 있다.

이는, 상기 공간 안으로 액상의 비발포성 폴리머를 주입한 후 경화시켜서 상기 공간의 내부 면에 상기 비발포성 폴리머가 기밀하게 형성하는 과정에서, 비정형 타입 단열재의 형태를 일정하게 잡아주기 때문에 사용이 가능하다.

상기 아우터 탱크(130)는 쉘(실린더 부분)(131)과 그 쉘(131)의 양쪽에 용접으로 결합하는 헤드(앞뒤 부분)(132)로 구성된다.

본 발명의 아우터 탱크(130)는 저장용기 형태를 띠기는 하나, 반드시 이에 국한되는 것은 아니며, 종전과는 달리 진공 환경이 없기 때문에 진공 압력에 대하여 응력 하중이 발생하지 않으므로, 형태 및 구조 설계에 있어 종전보다는 자유롭고, 제작과 운반 및 유지관리 등에서 용이하다.

즉, 본 실시 예에서는 아우터 탱크(130)가 단순 피복구조 개념으로 변경되어 박판 구조(예를 들어, 약 1㎜ 두께)로 구성할 수 있어, 종래의 C 타입 극저온 액화가스 탱크에 비해서 약 10%~30%의 중량을 감소할 수 있는 것이다.

종전의 아우터 탱크의 두께는 5㎜ 이상으로 구성되는 반면에, 본 발명의 아우터 탱크(130)의 두께는 약 1㎜ 로 절감할 수 있다. 그 이유는 본 발명에서는 아우터 탱크는 피복의 개념으로서 진공에 대한 내성이 필요 없고, 또한 비발포성 폴리머와 아우터 탱크의 복합구조가 강도 향상에 기여하기 때문이다.

종전에는, 이너 탱크에서 아우터 탱크까지 약 100mm(이중구조) 내지 300mm(단일구조)의 공간으로 구성되어야 하지만, 본 발명의 공간(S)은 약 60～80㎜로 줄여서 구성할 수 있어 그만큼 적재량을 높일 수 있다.

본 실시 예는 공간(S)의 내부 면에 비발포성 폴리머(140)가 기밀하게 접착 내지는 밀착되어 단열재(120)를 외부충격으로부터 보호하고 구조적 강성을 보강함은 물론 단열 성능을 유지하는 기술적 특징이 있다. 비발포성 폴리머(140)의 두께는 약 15 내지 25㎜로 형성할 수 있다.

상기 비발포성 폴리머(140)는 공간(S) 안에 주입 후 경화되어 충전되는데, 바람직하게는 탄성계수 200㎫ 이상의 구조적 강도를 가지는 폴리머를 사용할 수 있으며, 일 예로서 비발포성 폴리우레탄이 사용될 수 있다.

또한, 상기 비발포성 폴리머(140) 내부에 버블 코어(160)를 설치할 수도 있다. 버블 코어(160)는 내부가 빈 형상, 예를 들어 탁구공과 같은 형상의 중공의 경량 구체를 포함한다(도 11 참조).

또한, 상기 공간(S) 안에 액상의 비발포성 폴리머를 충전 후 경화시키기 위해서는, 아우터 탱크(130)는 일정 간격을 유지하여야 한다. 즉, 아우터 탱크(130) 내벽과 아우터 단열재(122)와 일정 간격을 유지하고, 그 안에 액상의 비발포성 폴리머를 충전 후 경화시키는 것이다.

따라서, 일정 간격을 유지하기 위하여 스페이서(170)를 사용할 수 있다. 스페이서(170)의 두께는 15 내지 25㎜로 할 수 있다.

상기 스페이서(170)의 재질은 비발포성 폴리머를 사용할 수도 있으며, 스페이서(170)의 설치 개수와, 서로 간의 설치간격은 도면에 표시된 것에 한정되지 않으며, 설계조건에 따라 변경될 수 있다.

도 12는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 단열구조 기술을 적용한 C 타입 극저온 액화가스 탱크를 도시한 종단면도이다.

도 12를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예는 단열재(120)가 이너 단열재(121)와 아우터 단열재(122)로 구성됨은 물론 더 나아가 비발포성 폴리머 또한 이너 폴리머(141)와 아우터 폴리머(142)로 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다.

도 13은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 단열구조 기술을 적용한 C 타입 극저온 액화가스 탱크에서, 박리현상을 방지하기 위한 커넥터를 도시한 도면이다.

위 도면을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 단열구조 기술을 적용한 C 타입 극저온 액화가스 탱크에서, 단열재(120)가 이너 단열재(121)와 아우터 단열재(122)로 구성하고, 동시에 비발포성 폴리머(140)는 이너 비발포성 폴리머(141)와 아우터 폴리머(142)로 구성한다.

이너 단열재(121)는 이너 탱크(110)의 표면을 감싸고, 이너 비발포성 폴리머(141)는 이너 단열재(121)의 표면을 감싸며, 아우터 단열재(122)는 이너 비발포성 폴리머(141)의 표면을 감싸고, 아우터 비발포성 폴리머(142)는 아우터 단열재(122)의 표면을 감싸는 구조로 구성될 수 있다.

더 나아가, 이너 비발포성 폴리머(141)와 아우터 비발포성 폴리머(142)의 박리현상을 방지하기 위한 커넥터(180)를 구비할 수 있다.

상기 커넥터(180)는 비발포성 폴리머로 형성될 수 있으며, 이너 비발포성 폴리머(141)와 아우터 비발포성 폴리머(142)를 연결하고 잡아주어 박리현상을 방지할 수 있다.

참고로, 박리 현상이란 외부충격이나 극저온 액화가스 기화열에 의하여 2개의 소재가 분리되는 현상으로, 즉 아우터 비발포성 폴리머(142)가 변형되면서 아우터 단열재(122)로부터 이탈되는 현상을 말한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 제2 실시 예에 따른 C 타입 극저온 액화가스 탱크는, 비발포성 폴리머(140) 또한 이너 폴리머(141)와 아우터 폴리머(142)로 구성된 구조가 추가됨으로써, 전술한 본 발명의 제1 실시 예에 따른 C 타입 극저온 액화가스 탱크에 비해서 구조적 강성과 단열성을 더욱 높일 수 있다.

한편, 도 14는 본 발명의 C 타입 극저온 액화가스 탱크 제조방법 일 예를 설명하는 흐름도이다.

위 도면을 참조하면, 본 실시 예의 C 타입 극저온 액화가스 탱크 제조방법은 상기 이너 탱크와 상기 아우터 탱크는 쉘(실린더 부분)(shell)과 상기 쉘의 양쪽에 용접으로 결합하는 헤드(앞뒤 부분)로 구분되며, 상기 쉘과 상기 헤드 모두에 상기 단열재(120)와 상기 비발포성 폴리머(140) 충전 구조가 적용된다.

즉, 본 실시 예의 C 타입 극저온 액화가스 탱크 제조방법은 극저온 액화가스를 저장하기 위한 이너 탱크(110)의 표면에 이너 단열재(121)를 감싸는 제1단계(S10); 이너 단열재(121)의 표면에 아우터 단열재(122)를 감싸는 제2단계(S20); 이너 탱크(110) 외측으로 아우터 탱크(130)를 배치하여 밀폐의 공간(S)을 형성하되, 스페이서(170)를 이용하여 아우터 단열재(122)와 아우터 탱크(130) 사이의 간격을 일정하게 유지하는 제3단계(S30); 및 공간(S) 안에 액상 비발포성 폴리머를 주입한 후 경화시켜서 공간(S)의 내부 면에 비발포성 폴리머(140)가 기밀하게 접촉하도록 하여 공간(S)에 진공의 필요성이 없도록 하는 제4단계(S40)를 포함한다.

상기 제4단계(S40)에서는, 상기 공간(S) 안에 액상 비발포성 폴리머를 주입하기 위하여 아우터 탱크(130)의 일측 또는 셀의 양측에 주입 홀(미도시)을 형성하고, 주입하여 경화시킨 후 주입 홀을 차단하여 마감 처리한다.

상기 공간(S) 안에 액상의 비발포 폴리머의 주입하여 충전하는 작업은 공간(S) 전체에 걸쳐서 할 수도 있지만, 설계 조건이나 작업 현장의 조건, 혹은 탱크 사이즈에 따라 공간(S)을 여러 개로 구획하여 각 구획마다 댐 막이를 설치하여 별도로 진행할 수도 있다.

또 한편, 도 15는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 단열구조 기술을 적용한 C 타입 극저온 액화가스 탱크를 도시한 단면도이며, 도 16의 도 15의 요부발췌 확대도, 도 17은 본 발명의 C 타입 극저온 액화가스 탱크 제조방법 다른 예를 도시한 흐름도이다.

우선, 도 15 및 도 16을 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 단열구조 기술을 적용한 C 타입 극저온 액화가스 탱크는, 이너 탱크(210)와 아우터 탱크(230)가 쉘( 실린더 부분)(shell)과 상기 쉘의 양쪽에 용접으로 결합하는 헤드(앞뒤 부분)로 구분되는데, 상기 쉘에는 단열재(220)와 비발포성 폴리머(240) 충전 구조가 적용되며, 상기 헤드에는 이중 진공 단열구조가 적용될 수 있다.

즉, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 단열구조 기술을 적용한 C 타입 극저온 액화가스 탱크는, 극저온 액화가스를 저장하기 위한 이너 탱크(210); 이너 탱크(210)의 외측으로 이너 탱크(210)와의 사이에 밀폐의 공간(S)을 형성하는 아우터 탱크(230); 이너 탱크(210)의 단열을 위하여 공간(S) 안에 설치되는 단열재(220); 및 단열재(220)를 외부충격으로부터 보호하고 구조적 강성을 유지하기 위하여 공간(S) 안에 충전하되, 상기 공간(S) 안으로 액상의 비발포성 폴리머를 주입한 후 경화시켜서 공간(S)의 내부 면에 기밀하게 형성되는 비발포성 폴리머(240)를 포함하되, 쉘에만 상기 단열재(220)와 상기 비발포성 폴리머(240) 충전 구조가 적용되며, 상기 헤드에는 이중 진공 단열구조가 적용되는 것을 특징으로 한다.

상기 쉘에는 박판의 아우터 탱크(231)가 설치되고, 상기 헤드에는 중 구조의 아우터 탱크(232)가 설치되며, 아우터 탱크(231)와 아우터 탱크(232)는 중 구조물(233)에 의해서 연결된다. 중 구조물(233)에는 파운데이션(받침대)(2)이 설치된다. 물론, 본 발명에서는 비발포성 폴리머가 아우터 탱크와의 결합구조에 의하여 높은 강도를 가지므로 파운데이션이 다른 실린더 부분에 설치되어도 무방하다.

이와 같이 본 발명의 제3 실시 예에 따른 단열구조 기술을 적용한 C 타입 극저온 액화가스 탱크에서는, 쉘(실린더 부분)은 단열층, 비발포성 폴리우레탄, 및 외피구조로서, 기밀구조로 제작되어 단일 구조 탱크와 유사하다. 이에 비해서, 헤드(앞뒤 부분)는 이중 구조 탱크와 유사한 구조로서, 중 구조의 아우터 탱크, 즉 진공압을 견딜 수 있는 두꺼운 철판으로 구성된다.

한편, 파운데이션이 설치되는 부분의 이너탱크 및 아우터 탱크 사이의 공간에는 진공단열재 대신에 강성이 강한 재질의 단열재, 예컨대 목재나 플라스틱 재질의 단열재가 위치할 수도 있다. 이때 이너탱크의 회전이나 움직임을 제한하기 위하여 이너탱크 표면에 돌기를 형성하고, 그 부분에 상기 강성이 강한 단열재를 위치시킬 수 있다.

도 17을 참조하면, 본 실시 예의 C 타입 극저온 액화가스 탱크 제조방법은 이너 탱크(210)와 아우터 탱크(230)가 쉘(혹은 실린더)(shell)과 상기 쉘의 양쪽에 용접으로 결합하는 헤드(앞뒤 부분)로 구분되는데, 상기 쉘에는 상기 단열재(220)와 비발포성 폴리머(240) 충전 구조가 적용되며, 상기 헤드에는 이중 진공 단열구조가 적용된다.

본 실시 예의 C 타입 극저온 액화가스 탱크 제조방법은 이너 탱크(210)를 제작하는 제1단계(S110); 상기 이너 탱크(210)의 쉘(실린더)의 표면에 단열재(220)를 설치하는 제2단계(S120); 스페이서(미도시)를 이용하여 박막의 아우터 탱크(231)를 일정 간격으로 띄워서 설치하는 제3단계(S130); 몰드나 임시 댐 막이 설비(미도시)를 이용하여 상기 쉘 양 끝단의 노출 공간을 막는 제4단계(S140); 액상의 비발포성 폴리머를 상기 단열재(220) 및 상기 아우터 탱크(231) 사이의 공간에 충전 후 경화시키는 제5단계(S150); 상기 몰드나 임시 댐 막이 설비를 제거하는 제6단계(S160); 상기 이너 탱크(210)의 헤드(선수 및 선미 부위)에 이중 구조 탱크 방식을 적용하되, 상기 이너 탱크(210)와 간격을 띄워서 진공 압을 견딜 수 있는 중(重) 구조의 아우터 탱크(232)를 설치하는 제7단계(S170); 상기 쉘과 상기 헤드에 위치하는 상기 아우터 탱크(231,232)를 서로 연결하는 제8단계(S180); 및 상기 이너 탱크(210)와 상기 아우터 탱크(232) 사이의 공간(S)에서 공기를 제거하여 진공구조 구현하는 제9단계(S190)를 포함한다.

상기 헤드(앞뒤 부분)에만 이중 진공 단열 구조가 적용함으로써 다음과 같은 장점이 있다.

(1) 이너 탱크와 아우터 탱크 사이의 공간에서, 공기를 제거해야 하는 진공 구역의 체적을 크게 줄임으로써, 진공 효율 및 진공도를 크게 높일 수 있다.

(2) 마찬가지 원리로, 진공 작업에 소요되는 시간 단축 가능하며, 진공 누출이 될 수 있는 리스크(risk) 부위도 감소하므로 내구성 향상 및 안정적인 성능 구현이 가능하다.

(3) 기존 이중 구조의 장점 중 하나인 파운데이션(Foundation) 설치상의 장점 구현이 가능하다. 즉, 진공을 견디는 중 구조의 아우터 탱크와 파운데이션이 연결됨에 따라 열교 현상을 줄일 수 있다.

(4) 파이프와 센서 류 등과 같은 복잡한 형태의 구성품을 헤드의 진공 구조 내부에 배치함으로써 편리한 단열 시공이 가능하다.

(5) 원통형의 쉘(실린더 부분)을 구성하는 재질은 비발포성 폴리머와 같은 고밀도 자재이거나, 이미 진공 구조를 견디고 있는 진공단열재이고, 비발포성 폴리머가 경화되면서 발생하는 팽창 압력에 의하여 이미 견고한 구조로 압축된 단열층이므로, 이너 탱크의 헤드(선수/선미 구역)에 진공 작업을 하더라도 체적이 크게 줄거나 진공 압에 의한 파손이 발생하지 않는다.

(6) 실린더의 진공 단열재가 비발포성 폴리머로 기밀하게 둘러싸인 구조로 형성된다는 장점에 추가하여, 셀에 접하는 헤드 부분의 공간이 진공 구조로 형성되므로, 월등한 진공단열재의 성능 유지가 가능하다.

또 한편, 본 실시 예는 극저온 액화가스의 운송방법에 대하여 기술적 특징이 있다.

즉, 종전에는 육상용 극저온 액화가스 탱크 수송시, 수송화물의 하중 제한 규정(도로교통법 등)에 따라 설계 및 제작에 많은 제약이 수반되며, 제작, 적재 및 운반과 유지가 상당히 어려운 단점이 있다.

하지만, 본 발명에 있어 C 타입의 극저온 액화가스 탱크 구조가 단순하고 견고하면서도 중량이 대폭 감소하여 육상 운송에 대하여 법적 제한이 비교적 자유로우며, 설계 및 제작, 적재 및 운반과 유지가 용이한 장점이 있다.

한편, 도 18은 본 발명의 극저온 액화가스의 운송방법을 도시한 흐름도로서, 본 발명의 극저온 액화가스의 운송방법은 C 타입의 극저온 액화가스 탱크를 준비하는 제1단계(S110); 상기 극저온 액화가스 탱크에 극저온 액화가스를 적재하는 제2단계(S120); 상기 극저온 액화가스가 적재된 상기 극저온 액화가스 탱크를 차량으로 도로를 이용하여 운송하는 제3단계(S130); 및 상기 극저온 액화가스 탱크로부터 극저온 액화가스를 하적하는 제4단계(S140)를 포함한다.

상기 극저온 액화가스 탱크를 준비하는 제1단계(S110)는, 상기 극저온 액화가스 탱크가 적재된 차량을 준비하거나 극저온 액화가스 탱크를 준비하는 단계를 포함한다.

상기 극저온 액화가스를 하적하는 제4단계(S140)는, 상기 극저온 액화가스 탱크가 적재된 차량으로부터 극저온 액화가스를 하적하거나 상기 극저온 액화가스 탱크를 차량으로부터 내리는 단계를 포함한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 C 타입 극저온 액화가스 탱크는 이너 탱크와 아우터 탱크 사이의 공간에 단열재(예를 들어, 진공 단열재)와 고성능의 비발포성 폴리머를 사용하여 피복하는 구조를 채용하여 공간에 진공이 필요 없게 되거나 혹은 헤드에만 진공 구조가 형성됨에 따라, 아우터 탱크가 단순 피복구조 개념으로 변경되어 박판 구조(예를 들어, 약 1㎜ 두께)로 구성할 수 있어, 종래의 C 타입 극저온 액화가스 탱크에 비해서 약 10%~30% 이상의 중량을 감소할 수 있는 효과가 있다.

또한, 종래의 C 타입 극저온 액화가스 탱크는 단열을 위해서 이너 탱크와 아우터 탱크 사이의 공간(갭)에 진공을 형성하는데, 극저온 액화가스 극저온의 단열 성능을 확보하기 위하여 이너 탱크에서 아우터 탱크까지 약 120~300mm의 공간(갭)에 진공 환경이 당연히 필요하지만, 본 발명의 C 타입 극저온 액화가스 탱크는 공간(갭)에 진공을 하지 않고 단열재(예를 들어, 진공 단열재)와 고성능의 비발포성 폴리머를 사용하므로, 상기 공간을 100㎜ 이하(예를 들어, 60-80㎜)로 줄일 수 있어 그만큼 적재 공간을 확대할 수 있기 때문에 종전 C 타입 극저온 액화가스 탱크 대비 약 8~15%의 적재량을 증가시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 C 타입 극저온 액화가스 탱크는 이너 탱크와 아우터 탱크 사이의 공간에 진공을 하지 않고, 단열재(예를 들어, 진공 단열재)와 고성능의 비발포성 폴리머를 사용하여 피복하는 구조를 채용함으로써, 종전의 C 타입 극저온 액화가스 탱크와 같이 진공 형성을 위한 1개월 이상의 추가 공정이 필요 없으며, 아우터 탱크가 단순 피복구조 개념으로 변경됨에 따라 박막의 아우터 탱크 구조가 가능하여 아우터 탱크의 중량을 대폭 감소시켜서 생산비를 대폭 절감할 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 C 타입 극저온 액화가스 탱크는 진공단열재 및 비발포성 폴리머 적용에 따른 원가 상승에 대하여 우려(憂慮)를 상상해 볼 수 있으나, 전술한 바와 같이 진공 형성을 위한 약 1개월 이상의 추가 공정이 전혀 필요 없으며, 아우터 탱크가 단순 피복구조 개념으로 변경됨에 따라 박막의 아우터 탱크 구조가 가능하여, 아우터 탱크의 중량 감소를 통해서 생산비를 대폭 절감할 수 있는 점 등을 고려해 볼 때, 진공단열재 및 비발포성 폴리머 적용에 따른 원가 상승효과를 충분히 상쇄할 수 있기 때문에, 종전 C 타입 극저온 액화가스 탱크 대비 약 10~15%의 제작원가를 절감할 수 있다.

또한, 본 발명의 C 타입 극저온 액화가스 탱크는 이너 탱크와 아우터 탱크 사이의 공간에 진공을 하지 않고, 단열재(예를 들어, 진공 단열재)와 고성능의 비발포성 폴리머를 사용하여 피복하는 구조를 채용함으로써, 이너 탱크는 기화 압력(약 8 bar) 만을 견디면 되므로, 그만큼 이너 탱크의 두께를 절감할 수 있다.

이상 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명은 성능 및 가격 면에서 독보적인 장점이 구비하는 전혀 새로운 C Type 극저온 액화가스 탱크 기술로서, 중국이 주도하는 C Type 극저온 액화가스 Tank 시장의 국산화가 가능하며, 노동 집약적인 기존 방식으로 인해서 현재 중국 조선업체가 전 세계 80% 이상의 시장 점유하고 있는 조선업계의 실정을 고려해 볼 때, 기술 집약적인 본 발명의 기술을 통해서 국가적 차원에서 국내 업체의 시장 점유율 확대가 가능하며, 상대적으로 빠른 시장 진입과 단기 매출 및 높은 수익 확보가 가능하다.

또한, 종래의 C 타입 극저온 액화가스 탱크의 제조가격(20피트 ISO 사이즈)과 본 발명의 기술을 적용한 C 타입 극저온 액화가스 탱크의 제조가격을 비교해 볼 때, 본 발명의 기술을 적용한 C 타입 극저온 액화가스 탱크는 상대적으로 매우 저렴하며, 영업 이익률도 일반 중공업 제조 분야보다 월등히 높은 약 12~15%로 상당한 수익 창출이 가능한 효과가 있으며, 본 발명의 원천 기술 적용 시, 월등한 성능과 낮은 제조 원가로 수익률은 이보다 훨씬 높아질 수 있다.

또한, 본 발명의 기술은 극저온 액화가스 추진 선과 관련된 신 조선 시장을 선점 확보할 수 있으며, 설계 및 개발, 제작 관련 고용 창출 효과가 있으며, 본 발명의 신기술은 복합재 기반 기술이므로, 기존의 철 관련 인력(예: 용접공, 사상 공, 운반 공 등)뿐만 아니라, 폴리머 생산 인력 및 단열재 조립 인력 등, 다양한 직종의 인력이 요구되어 산업 전반에 걸쳐서 막대한 영향력을 줄 수 있다.

110: 이너 탱크
111: 쉘(실린더 부분)
112: 헤드
120: 단열재
121: 이너 단열재
122: 아우터 단열재
122a: 1차층 단열재
122b: 2차층 단열재
130: 아우터 탱크
131: 쉘(실린더 부분)
132: 헤드
140: 비발포성 폴리머
141: 이너 비발포성 폴리머
142: 아우터 비발포성 폴리머
160: 버블 코어
170: 스페이서
180: 커넥터

Claims (12)

1. 극저온 액화가스를 저장하기 위한 이너 탱크;
   상기 이너 탱크와의 사이에 밀폐의 공간을 형성하는 아우터 탱크;
   상기 이너 탱크의 단열을 위하여 상기 공간 안에 설치되는 단열재; 및
   상기 공간 안에 충전되는 비발포성 폴리머를 포함하고,
   상기 단열재는,
   상기 이너 탱크의 표면을 감싸는 이너 단열재; 및
   상기 이너 단열재의 표면을 감싸도록 적층되고 진공단열재로 이루어지는 아우터 단열재를 포함하는, 단열구조 기술을 적용한 C 타입 극저온 액화가스 탱크.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 이너 탱크와 상기 아우터 탱크는 쉘(shell)과 상기 쉘의 양쪽에 용접으로 결합하는 헤드로 구분되며, 상기 쉘에는 상기 단열재와 상기 비발포성 폴리머는 구조가 적용되며, 상기 헤드에는 이중 진공 단열구조가 적용되는 것을 특징으로 하는, 단열구조 기술을 적용한 C 타입 극저온 액화가스 탱크.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 이너 탱크와 상기 아우터 탱크는 쉘(shell)과 상기 쉘의 양쪽에 용접으로 결합하는 헤드로 구분되며, 상기 쉘과 헤드 모두에는 상기 단열재와 상기 비발포성 폴리머는 구조가 적용되는 것을 특징으로 하는, 단열구조 기술을 적용한 C 타입 극저온 액화가스 탱크.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 공간에는 스페이서가 설치되는 것을 특징으로 하는, 단열구조 기술을 적용한 C 타입 극저온 액화가스 탱크.
6. 삭제
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 아우터 단열재는 1차층 단열재와 2차층 단열재가 적층되는 구성인 것을 특징으로 하는, 단열구조 기술을 적용한 C 타입 극저온 액화가스 탱크.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 1차층 단열재와 상기 2차층 단열재는 말단이 서로 어긋나게 엇박 배치되는, 단열구조 기술을 적용한 C 타입 극저온 액화가스 탱크.
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제

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