KR102488380B1 - 액화가스 저장탱크 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액화가스 저장탱크 및 이를 포함하는 선박에 관한 것으로서, 극저온 물질을 수용하는 수용공간을 형성하는 금속 재질의 1차방벽; 상기 1차방벽의 외측에 마련되는 1차단열벽; 상기 1차단열벽의 외측에 마련되는 2차방벽; 및 상기 2차방벽의 외측에 마련되는 2차단열벽을 포함하며, 상기 2차방벽은, 단위 요소를 이루는 상기 2차단열벽 각각의 상부에 마련되는 메인방벽; 및 이웃하는 상기 메인방벽을 서로 연결하는 보조방벽으로 이루어지고, 상기 2차방벽은, 금속과 비금속의 혼합 소재로 이루어지고, 상기 보조방벽은, 단위 요소를 이루는 상기 2차단열벽 사이에서 내외 방향으로 돌출 또는 함몰되는 주름부가 마련된다.

Description

액화가스 저장탱크 및 이를 포함하는 선박{Liquefied gas storage tank and vessel comprising the same}
본 발명은 액화가스 저장탱크 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.
최근 기술 개발에 따라 가솔린이나 디젤을 대체하여 액화천연가스(Liquefied Natural Gas; LNG), 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas; LPG) 등과 같은 액화가스를 널리 사용하고 있다.
또한, LNG와 같은 액화가스를 해상에서 수송하거나 보관하는 LNG 운반선, LNG RV(Regasification Vessel), LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading), LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit) 등의 선박 내에는 LNG를 극저온 액체 상태로 저장하기 위한 저장탱크(소위 "화물창"으로 지칭됨)가 설치되어 있다.
또한, 액화가스 저장탱크는, 외부로부터의 열 침입에 의해 증발가스(Boil Off Gas; BOG)가 발생될 수 있으며, 단열 설계를 통해 증발 가스의 기화 비율인 자연 기화율(Boil Off Rate; BOR)을 낮추는 것이 액화가스 저장탱크 설계의 핵심 기술이다. 또한, 액화가스 저장탱크는 슬로싱(Sloshing) 등 다양한 하중에 노출되기 때문에 단열패널의 기계적 강도를 확보하는 것도 필수적일 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 단열벽의 전체 두께에서 1차단열벽의 두께를 2차단열벽과 동일 또는 유사하게 하여, 2차단열벽의 기계적 강도를 일정 수준으로 유지하면서 선체의 취성파괴가 발생하지 않는 범위에서 2차방벽의 저온 부담 및 슬로싱 부담을 줄이는 액화가스 저장탱크 및 이를 포함하는 선박을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은, 1차방벽의 곡면부 단면 형상을 최적화하여 저온에 의한 열 응력(thermal stress)은 물론 슬로싱에 의한 압 응력(pressure stress) 부담을 최소화할 수 있도록 하는 액화가스 저장탱크 및 이를 포함하는 선박을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 액화가스 저장탱크는, 극저온 물질을 수용하는 수용공간을 형성하는 금속 재질의 1차방벽; 상기 1차방벽의 외측에 마련되는 1차단열벽; 상기 1차단열벽의 외측에 마련되는 2차방벽; 및 상기 2차방벽의 외측에 마련되는 2차단열벽을 포함하며, 상기 2차방벽은, 단위 요소를 이루는 상기 2차단열벽 각각의 상부에 마련되는 메인방벽; 및 이웃하는 상기 메인방벽을 서로 연결하는 보조방벽으로 이루어지고, 상기 2차방벽은, 금속과 비금속의 혼합 소재로 이루어지고, 상기 보조방벽은, 단위 요소를 이루는 상기 2차단열벽 사이에서 내외 방향으로 돌출 또는 함몰되는 주름부가 마련된다.
구체적으로, 상기 보조방벽은, 상기 수용공간에 액화가스가 저장되기 전 상태 또는 극저온 액화가스로 인해 수축되기 전 상태에서 상기 주름부를 갖도록 마련될 수 있다.
구체적으로, 상기 보조방벽은, 상기 메인방벽에 적층되는 양단에 평면부가 마련되고, 상기 평면부 사이의 중앙 부분에 상기 주름부가 마련될 수 있다.
구체적으로, 상기 1차단열벽은, 상기 2차단열벽, 상기 2차방벽, 상기 1차단열벽의 일부인 고정단열벽이 적층되어 이루는 단위 요소가 이웃하여 배치된 상태에서, 상기 이웃하는 고정단열벽 사이에 마련되는 연결단열벽을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 보조방벽의 상기 주름부는, 상기 평면부 대비 외측으로 돌출된 형태를 갖고, 상기 연결단열벽은, 상기 2차방벽과 마주하는 외면이 평평한 면을 이룰 수 있다.
구체적으로, 상기 보조방벽의 상기 주름부는, 적어도 일부분이 상기 평면부 대비 내측으로 돌출된 형태를 갖고, 상기 연결단열벽은, 상기 2차방벽과 마주하는 외면에 상기 주름부를 수용하는 함몰부가 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 2차방벽은, 제1부재/알루미늄포일/제2부재가 적층된 구조의 소재로 형성되고, 상기 제1부재와 상기 제2부재 중 적어도 하나는 글라스직물, 글라스-아라미드직물, 바잘트직물 또는 글라스직물/알루미늄포일/글라스직물일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 선박은, 상기 액화가스 저장탱크를 갖는다.
본 발명에 따른 액화가스 저장탱크 및 이를 포함하는 선박은, 연결단열벽을 포괄하는 1차단열벽과 2차단열벽의 전체 두께에서 1차단열벽의 두께를 2차단열벽과 동일 또는 유사하게 구성함으로써, 2차단열벽의 기계적 강도를 일정 수준으로 유지할 수 있음은 물론, 선체의 취성파괴를 방지하고, 2차방벽의 저온 부담 및 슬로싱 부담을 줄일 수 있어, 2차방벽의 손상을 방지할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크 및 이를 포함하는 선박은, 1차방벽의 곡면부 단면 형상을 최적화함으로써, 저온에 의한 열 응력(thermal stress)은 물론 슬로싱에 의한 압 응력(pressure stress) 부담을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 저장탱크를 설명하기 위한 일부 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 저장탱크를 설명하기 위한 일부 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 1차방벽을 설명하기 위한 도면이다.
도 4의 (a) 및 (b)는 1차단열벽 및 2차단열벽의 두께 변화에 따른 2차방벽의 인장력을 보여주는 도면이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 1차단열벽 및 2차단열벽의 두께를 도출하기 위해 제1케이스의 1차단열벽과 2차단열벽의 두께를 달리하면서 유동해석을 실시한 결과를 나타낸 도면들이다.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 1차단열벽 및 2차단열벽의 두께를 도출하기 위해 실시한 제2케이스의 1차단열벽과 2차단열벽의 두께를 달리하면서 유동해석을 실시한 결과를 나타낸 도면들이다.
도 13 내지 도 16은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 1차단열벽 및 2차단열벽의 두께를 도출하기 위해 실시한 제3케이스의 1차단열벽과 2차단열벽의 두께를 달리하면서 유동해석을 실시한 결과를 나타낸 도면들이다.
도 17 내지 도 20은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 1차단열벽 및 2차단열벽의 두께를 도출하기 위해 실시한 제4케이스의 1차단열벽과 2차단열벽의 두께를 달리하면서 유동해석을 실시한 결과를 나타낸 도면들이다.
도 21은 1차단열벽 및 2차단열벽의 두께 변화에 따른 2차방벽의 저온 스트레스와 선체의 취성파괴 확률을 나타내는 그래프이다.
도 22, 도 23 및 도 24는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 2차방벽에 대한 다양한 구성을 설명하기 위한 도면들이다.
도 25는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 직각코너구조를 설명하기 위한 일부 단면도이다.
도 26은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 둔각코너구조를 설명하기 위한 일부 단면도이다.
도 27은 본 발명의 액화가스 저장탱크의 1차단열재 및 2차단열재의 사용 재질에 따른 열전도도를 나타내는 그래프이다.
도 28은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 저장탱크를 설명하기 위한 일부 단면도이다.
도 29는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 저장탱크를 설명하기 위한 일부 사시도이다.
도 30은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 저장탱크를 설명하기 위한 일부 단면도이다.
도 31은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 주요 부분에 대한 확대도이다.
도 32는 본 발명의 제1,2,3실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 1차방벽의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 33은 1차방벽에 대한 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 34의 (a) 및 (b)는 1차방벽에 마련되는 돌출구조물을 설명하기 위한 도면이다.
도 35는 1차방벽의 단위방벽을 설명하기 위한 사시도이다.
도 36은 1차방벽의 곡면부 높이 대비 곡면부 폭의 비율(W/H)에 따른 본 미제스 응력 값(열 응력 및 압 응력)의 분포를 나타낸 도면이다.
도 37은 1차방벽의 단면 형상 최적화 시뮬레이션을 통한 1차방벽의 곡면부 높이 대비 곡면부 폭의 비율(W/H)에 따른 곡률반경 'r3-r2-r1’값의 범위를 나타낸 도면이다.
도 38의 (a), (b) 및 (c)는 본 발명의 1차방벽과 비교대상의 1차방벽에서 가로 및 세로 곡면부로 유체가 유입될 때의 슬로싱 압력값에 대한 유동해석을 실시한 결과를 나타낸 도면이다.
도 39의 (a) 및 (b)는 본 발명의 1차방벽과 비교대상의 1차방벽에 등분포 하중을 가했을 때 변형을 설명하기 위한 도면이다.
도 40은 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 단면도이다.
도 41은 본 발명의 제5 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 단면도이다.
도 42 및 도 43은 본 발명의 제6 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 1차방벽의 평면도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점 및 신규한 특징은 첨부된 도면들과 관련된 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성 요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면 상에 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.
또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하 본 명세서에서, 액화가스는 LNG 또는 LPG, 에틸렌, 암모니아 등과 같이 일반적으로 액체 상태로 보관되는 모든 가스 연료를 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 가열이나 가압에 의해 액체 상태가 아닌 경우 등도 편의상 액화가스로 표현할 수 있다. 이는 증발가스도 마찬가지로 적용될 수 있다. 또한, LNG는 편의상 액체 상태인 NG(Natural Gas) 뿐만 아니라 초임계 상태 등인 LNG를 모두 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 증발 가스는 기체 상태의 증발 가스뿐만 아니라 액화된 증발가스를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 저장탱크를 설명하기 위한 일부 단면도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 저장탱크를 설명하기 위한 일부 사시도이다. 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 1차방벽을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 저장탱크(1)는, 선박에 구비되어 극저온(약-160℃ 내지 -170℃) 물질인 LNG와 같은 액화가스를 저장할 수 있다.
이하에서 설명하는 액화가스 저장탱크(1)가 구비되는 선박은, 도시하지 않았지만, 화물을 출발지에서 목적지까지 수송하는 상선 외에도 해상의 일정 지점에 부유하여 특정한 작업을 수행하는 해양구조물을 포괄하는 개념임을 알려 둔다. 또한, 본 발명에서 액화가스 저장탱크(1)는, 액화가스를 저장하는 어떠한 형태의 탱크도 포함됨을 밝혀둔다.
액화가스 저장탱크(1)는, 액화가스와 접촉하는 1차방벽(2), 1차방벽(2)의 외측에 설치되는 1차단열벽(3), 1차단열벽(3)의 외측에 설치되는 2차방벽(4), 2차방벽(4)의 외측에 배치되는 2차단열벽(5)을 포함하여 구성될 수 있다. 액화가스 저장탱크(1)는 2차단열벽(5)과 선체(7) 사이에 설치되는 마스틱(6)에 의해 선체(7)에 지지 될 수 있다.
액화가스 저장탱크(1)는 단열성능 및 저장용량을 최적화하기 위해 1차단열벽(3)과 2차단열벽(5)의 두께를 최적화하는 것이 필요할 수 있다. 예를 들어, 1차단열벽(3)과 2차단열벽(5)의 주요 재질로 폴리우레탄 폼을 사용할 경우 1차단열벽(3)의 두께와 2차단열벽(5)의 두께를 합친 전체 두께는 250mm 내지 500mm 범위가 되도록 할 수 있다. 이와 관련하여, 도 4 내지 도 20에서 설명하도록 한다.
상기에서, 액화가스 저장탱크(1)는, 평면 및 코너구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 액화가스 저장탱크(1)의 전후 방향의 횡벽, 횡벽 사이의 바닥, 세로벽 및 천장은 평면구조에 해당할 수 있다. 또한, 예를 들어, 액화가스 저장탱크(1)의 횡벽, 바닥, 세로벽, 천장이 만나는 구조는 코너구조에 해당할 수 있다. 여기에서, 코너구조는 둔각코너구조 또는 직각코너구조를 포함할 수 있다. 1차단열벽(3) 또는 2차단열벽(5)의 두께가 변화되는 경우, 둔각코너구조 또는 직각코너구조의 변화가 수반될 수 있으며. 도 25 내지 도 26에서 설명하도록 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 1차방벽(2)은, 극저온 물질인 액화가스를 수용하는 수용공간을 형성하며, 금속 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 금속 재질은 스테인리스 강재가 될 수 있으며, 이에 한정되지 아니한다. 1차방벽(2)은, 2차방벽(4)과 함께 액화가스가 외부로 누설되는 것을 방지할 수 있다.
1차방벽(2)은, 앵커 스트립(도시하지 않음)에 의해 1차단열벽(3)의 상부에 고정 결합되어, 액화가스 저장탱크(1)에 저장되는 극저온 물질인 액화가스와 직접 접촉되도록 설치될 수 있다.
도 3을 참조하면, 1차방벽(2)은, 1차단열벽(3)의 상면에 접촉되는 평면부(21), 온도에 의한 수축 또는 팽창 응력(stress) 완화를 위한 곡면부(22), 평면부(21)와 곡면부(22) 사이의 경계부(23)로 구분될 수 있다. 예를 들어, 1.0 내지 1.5mm두께의 스테인리스 강재, 바람직하게는 1.0 내지 1.2mm 두께의 스테인리스 강재로 된 코러게이션 멤브레인 시트(corrugation membrane sheet)로 형성될 수 있다. 즉, 1차방벽은 주름형상으로 형성될 수 있다.
1차방벽(2)은, 주름형상이 제1곡률반경(R1)과 제2곡률반경(R2)을 갖도록 형성될 수 있다. 즉, 본 실시예의 1차방벽(2)은 평면부(21)와 곡면부(22) 사이의 경계부(23)에서 제1곡률반경(R1)을 이루고, 곡면부(22)가 제2곡률반경(R2)을 이루는 2가지 종류의 곡률반경(R1, R2)을 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1곡률반경(R1)은 제2곡률반경(R2)에 비해 작게 형성될 수 있다. 곡률반경(R1, R2)을 갖는 1차방벽(2)은, 상부가 완만한 곡선을 이루므로 용접 검사에 용이하고, 또한 옆에서 타격하는 유체가 바로 흘러가게 되므로 슬로싱에도 유연하게 대응할 수 있다.
또한, 본 실시예의 1차방벽(2)은, 라지 코러게이션(Large corrugation)과 스몰 코러게이션(Small corrugation) 구분 없이 전 지역에서 수평 및 수직의 주름 크기가 동일하게 형성될 수 있다. 즉, 1차방벽(2) 전체에서 수평 및 수직의 주름 크기가 동일하므로, 1차방벽 제작이 용이할 수 있다.
도 1을 참조하면, 1차단열벽(3)은, 외부로부터의 열 침입을 차단하면서 외부로부터의 충격 또는 내부에서의 액화가스 슬로싱으로 인한 충격을 견딜 수 있도록 설계되며, 1차방벽(2)과 2차방벽(4) 사이에 설치될 수 있다.
1차단열벽(3)은, 1차방벽(2)의 외측으로 1차플라이우드(31)와 1차단열재(32)가 순차적으로 적층된 구조를 가질 수 있으며, 1차플라이우드(31)의 두께와 1차단열재(32)의 두께를 합친 두께에 해당할 수 있다. 1차단열벽(3)은 160mm 내지 250mm의 두께로 형성될 수 있다.
1차플라이우드(31)는, 1차방벽(2)과 1차단열재(32) 사이에 설치될 수 있다.
1차플라이우드(31)는, 6.5mm 내지 15mm의 두께로 형성될 수 있다.
1차단열재(32)는, 외부로부터의 열 침입을 차단하면서 외부로부터의 충격 또는 내부에서의 액화가스 슬로싱으로 인한 충격을 견딜 수 있도록, 단열성능이 우수하면서 기계적 강도가 우수한 재질로 형성될 수 있다.
1차단열재(32)는, 1차플라이우드(31)와 2차방벽(4) 사이에 폴리우레탄 폼으로 형성될 수 있으며, 170mm 내지 240mm의 두께 범위에 해당할 수 있다.
도 1을 참조하면, 1차단열벽(3)의 일부, 2차방벽(4) 및 2차단열벽(5)이 적층되어 단위 요소를 이룰 수 있다. 여기에서, 단위 요소를 이루는 1차단열벽(3)의 일부는 고정단열벽(3b)으로 정의할 수 있으며, 폭은 단위 요소에 포함된 2차단열벽(5)의 폭보다 작은 폭을 가질 수 있다. 또한, 고정단열벽(3b), 2차방벽(4) 및 2차단열벽(5)은 기 고정된 상태로, 배치될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 각각이 분리되어 액화가스 저장탱크(1) 내에 배치될 수도 있을 것이다. 이로 인해 1차단열벽(3)의 양측으로 2차방벽(4)의 일부가 노출될 수 있다. 단위 요소들은 이웃하여 배치될 수 있으며, 이때 이웃하는 1차단열벽(3) 사이의 공간 부분, 즉 2차방벽(4)이 노출되는 공간 부분에는 연결단열벽(3a)이 설치될 수 있다.
2차방벽(4)은 메인방벽(41)과 보조방벽(42)으로 구분될 수 있으며, 메인방벽(41)은 단위 요소에서 2차단열벽(5)의 상부에 설치되고, 보조방벽(42)은 노출되는 메인방벽(41)과 연결단열벽(3a) 사이에 설치된다. 이때, 보조방벽(42)은 서로 인접한 단위 요소들에 마련된 메인방벽(41)을 상호 연결하도록 마련된다. 즉, 이웃하여 배치되는 단위 요소들은 메인방벽(41)에 적층되는 보조방벽(42) 및 연결단열벽(3a)에 의하여 마감될 수 있다.
연결단열벽(3a)이 마련되는 부분의 적층 구조는 도 2에 의해 설명된다. 연결단열벽(3a)은 단위 요소를 이루는 1차단열벽(3)에서 설명한 것과 동일 또는 유사한 연결플라이우드(31a)와 연결단열재(32a)가 적층된 형태로 마련될 수 있으며, 본 명세서에서 1차단열벽(3)이 연결단열벽(3a) 및 고정단열벽(3b)을 포괄할 수 있음을 알려 둔다.
도 2는 도 1의 A-A'면의 단면 구조를 나타내며, 연결단열벽(3a)은, 연결플라이우드(31a)와 연결단열재(32a)가 적층된 구조를 가질 수 있다. 연결단열벽(3a)의 두께는 연결플라이우드(31a)의 두께와 연결단열재(32a)의 두께를 합친 두께에 해당할 수 있다.
연결플라이우드(31a)는, 6.5mm 내지 15mm의 두께로 형성될 수 있다.
연결단열재(32a)는, 연결플라이우드(31a)와 2차방벽(4)의 보조방벽(42) 사이에 폴리우레탄 폼으로 형성될 수 있으며, 160mm 내지 240mm의 두께 범위에 해당할 수 있다.
상기한 바와 같이, 1차단열벽(3)의 1차단열재(32)와 연결단열벽(3a)의 연결단열재(32a)는 두께가 동일할 수 있다. 다만, 연결단열벽(3a)의 연결단열재(32a)의 경우 하부에 2차방벽(4)의 메인방벽(41)에 더하여 보조방벽(42)이 더 적층되므로, 연결단열벽(3a)의 연결단열재(32a)는 1차단열벽(3)의 1차단열재(32)의 두께보다 보조방벽(42)의 두께만큼 작은 두께일 수 있다.
상기한 연결단열벽(3a)은, 단위 요소들을 이웃하여 배치했을 때, 이웃하는 2차단열벽(5) 사이에 생기는 공간 부분을 보조방벽(42)과 함께 밀봉하면서 외부로부터의 열 침입을 차단하는 역할을 수행하도록 설치된다.
그런데 연결단열벽(3a)은, 단위 요소를 이루는 이웃하는 고정단열벽(3b) 사이에 삽입 설치되는 구조이기 때문에, 연결단열벽(3a) 하부의 2차방벽(4)을 극저온으로부터 보호하는데 취약할 수 밖에 없다. 이에 따라 메인방벽(41)과 보조방벽(42)이 겹쳐지는 연결단열벽(3a) 하부의 2차방벽(4)에서 문제가 발생될 가능성이 높다. 이에 이하에서는 연결단열벽(3a)을 중심으로 설명한다.
2차방벽(4)은, 단열벽(3a)을 포괄하는 1차단열벽(3)과 2차단열벽(5) 사이에 설치될 수 있으며, 1차방벽(2)과 함께 액화가스가 외부로 누설되는 것을 방지할 수 있다.
고정단열벽(3b) 하단의 2차방벽(4)은 단일 방벽으로서 메인방벽(41)을 포함하고, 연결단열벽(3a) 하단의 2차방벽(4)은, 단위 요소를 서로 연결하는 메인방벽(41)과, 단위 요소를 이루는 2차단열벽(5) 상에 마련되는 보조방벽(42)을 포함할 수 있다.
메인방벽(41)은, 단위 요소를 이루는 2차단열벽(5) 상에 마련되며 0.6mm 내지 1.0mm의 두께로 형성될 수 있고, 서로 인접한 메인방벽(41)은 보조방벽(42)이 적층되면서 기밀을 이룰 수 있다.
보조방벽(42)은, 단위 요소들을 서로 연결하는 구성으로서 0.6mm 내지 1.0mm의 두께로 형성될 수 있고 메인방벽(41) 상에 적층될 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2를 참조하면, 2차단열벽(5)은, 고정단열벽(3b) 및 연결단열벽(3a)과 함께 외부로부터의 열 침입을 차단하면서 외부로부터의 충격 또는 내부에서의 액화가스 슬로싱으로 인한 충격을 견딜 수 있도록 설계될 수 있다. 또한, 2차단열벽(5)은 2차방벽(4)과 선체(7) 사이에 설치될 수 있으며, 2차단열재(51), 2차플라이우드(52)를 포함하여 구성될 수 있다.
2차단열벽(5)은, 2차방벽(4)의 외측으로 2차단열재(51)와 2차플라이우드(52)가 순차적으로 적층된 구조를 가질 수 있으며, 2차단열재(51)의 두께와 2차플라이우드(52)의 두께를 합친 전체 두께가 150mm 내지 240mm로 형성될 수 있다.
2차단열재(51)는, 외부로부터의 열 침입을 차단하면서 외부로부터의 충격 또는 내부에서의 액화가스 슬로싱으로 인한 충격을 견딜 수 있도록, 단열성능이 우수하면서 기계적 강도가 우수한 재질로 형성될 수 있다.
2차단열재(51)는, 2차방벽(4)과 2차플라이우드(52) 사이에서 폴리우레탄 폼으로 형성될 수 있으며, 160mm 내지 230mm의 두께로 형성될 수 있다.
2차플라이우드(52)는, 2차단열재(51)와 선체(7) 사이에 설치될 수 있다. 예를 들어, 또한, 2차단열재(51)는 2차플라이우드(52)와 접하여 설치될 수 있다. 2차플라이우드(52)는, 6.5mm 내지 25mm의 두께로 형성될 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 실시예에 따른 액화가스 저장탱크(1)는, 1차단열벽(3)이 2차단열벽(5)의 66% 내지 166%의 두께를 가지고, 1차단열벽(3)에 포괄되는 연결단열벽(3a)이 2차단열벽(5)의 67% 내지 167%의 두께를 가지도록 하여, 연결단열벽(3a)이 2차단열벽(5)와 동일 또는 유사한 두께가 되도록 구성할 수 있다. 이러한 구성과 연관되도록 연결단열벽(3a)의 연결단열재(32a)가 2차단열재(51)의 90% 내지 110%의 두께를 가지도록 하여, 연결단열벽(3a)의 연결단열재(32a)가 2차단열재(51)와 동일 또는 유사한 두께가 되도록 구성될 수 있다. 본 실시예에서는 연결단열벽(3a)을 포괄하면 단위 요소를 이루는 고정단열벽(3b) 부분에 대해서는 상세히 언급하지 않지만, 2차단열벽(5)과의 관계에서 고정단열벽(3b) 역시 연결단열벽(3a)과 동일 또는 유사함을 밝혀둔다.
이러한 두께 비율로 연결단열벽(3a)과 2차단열벽(5) 또는 연결단열벽(3a)의 연결단열재(32a)와 2차단열재(51)를 형성했을 때, 2차방벽(4)의 저온에서의 응력 상한 값은 연결단열벽(3a) 하부에서 50MPa 이하에 해당할 수 있다. 또한, 구체적으로는 2차방벽(4)의 저온에서의 응력 값은 연결단열벽(3a) 하부에서 40MPa 내지 50MPa 일 수 있다. 이러한 수치는 후술할 유동해석의 결과에 따라 얻어진 것이다.
본 실시예에서는, 연결단열벽(3a)과 2차단열벽(5)의 두께 또는 1차단열벽(3)의 연결단열재(32a)와 2차단열재(51)의 두께가 동일 또는 유사하도록 구성하였는데, 이와 관련하여, 도 4 내지 도 20을 통해 설명하도록 한다.
도 4의 (a), (b) 는 1차단열벽(3)에 포괄되는 연결단열벽(3a) 및 2차단열벽(5)의 두께 변화에 따른 연결단열벽(3a) 하부에서 2차방벽(4)의 인장력을 보여주는 도면이다. 도 4의 (a) 및 (b)에서 연결단열벽(3a), 2차방벽(4), 2차단열벽(5) 등을 합한 전체 두께는 동일한 것으로 가정한다.
한편, 2차방벽(4) 및 2차단열벽(5)은 노출되는 온도에 따라 자체 수축량에 차이가 발생하게 되는데, 2차방벽(4) 및 2차단열벽(5)의 경우 연결단열벽(3a)의 두께가 얇아질수록 극저온의 액화가스의 냉열에 의한 영향을 많이 받을 수 있다. 또한, 이 경우, 자체 온도가 낮아지게 되어 수축량 자체가 증가하게 되어 저온에서의 응력이 증가하여 2차방벽(4)이 손상될 위험성이 높아지는 문제가 있다. 이러한 문제는 특히 연결단열벽(3a) 하부에서 서로 인접한 단위 요소들에 마련된 메인방벽(41)을 본딩 등으로 상호 연결하는 보조방벽(42)에서 많이 발생될 수 있다. 연결단열벽(3a) 하부에서 보조방벽(42)은 양단이 각 단위 요소의 메인방벽(41)에 연결되어 있는데, 단위 요소의 2차단열벽(5)이 수축함에 따라 보조방벽(42)의 양단이 서로 멀어지거나 가까워지도록 변형될 수 있기 때문이다.
도 4의 (a)를 참조하면, 연결단열벽(3a)이 2차단열벽(5)보다 상대적으로 얇게 형성되어, 2차방벽(4)의 높이가 두께 방향을 기준으로 전체 두께의 중심에서 상방에 위치하는 경우를 나타낸다. 이때, 선체(7)의 6자유도 운동으로 인해 선체가 구조적으로 변형될 때 2차방벽(4)에 가해지는 기계적인 응력을 줄이기 위해, 2차단열벽(5)의 두께를 크게 확보함에 따라 2차단열벽(5)의 두께를 연결단열벽(3a) 대비 상대적을 두껍게 할 수 있다.
도 4의 (b)를 참조하면, 연결단열벽(3a) 및 2차단열벽(5)의 두께가 유사하게 형성되어, 2차방벽(4)의 높이가 두께 방향을 기준으로 전체 두께의 중심 영역에 위치하는 경우를 나타낸다. 여기에서, 중심 영역은 전체 두께의 40% 내지 60% 범위에 해당할 수 있다. 이 경우, 도 4의 (a)와 비교하여, 수축량 자체가 감소하게 되어 저온에서의 스트레스가 감소하게 될 것이다. 또한, 도 4의 (a)와 비교하여, 2차방벽의 손상위험이 상대적으로 낮아지게 될 것이다.
본 발명에서는, 2차단열벽(5)의 기계적 강도를 일정 수준으로 유지하면서 2차방벽(4)의 저온 부담 및 슬로싱 부담을 줄일 수 있도록 하는 액화가스 저장탱크(1)를 도출하게 되었으며, 이하 도 5 내지 도 20을 참고하여 설명함에 의해 이해될 것이다.
도 5 내지 도 20은, 상기한 본 실시예에 따른 액화가스 저장탱크(1)의 연결단열벽(3a)을 포괄하는 1차단열벽(3) 및 2차단열벽(5)의 두께를 도출하기 위해 제1케이스(도 5 내지 도 8), 제2케이스(도 9 내지 도 12), 제3케이스(도 13 내지 도 16), 제4케이스(도 17 내지 도 20) 별로 연결단열벽(3a)과 2차단열벽(5)의 두께를 달리하면서 유동해석을 실시한 결과를 나타낸 도면이다. 본 실시예에서는 연결단열벽(3a)의 두께 위주로 설명하지만, 1차단열벽(3)의 두께 역시 연결단열벽(3a)과 동일 또는 유사함을 알려 둔다.
각 케이스 별로 유동해석을 실시함에 있어서, 해석 조건은 다음과 같다.
첫째, 해석 모델인 제1케이스 내지 제4케이스의 연결단열벽(3a)과 2차단열벽(5)의 전체 두께를 400mm로 동일하게 적용하였다.
둘째, 연결단열벽(3a)과 2차단열벽(5) 각각의 두께를 달리함에 의해 2차방벽(4)의 위치만 다르게 하였다.
셋째, 동일한 선형 온도 분포 조건을 고려하여 1차방벽(2) 위치의 온도를 액화가스의 온도인 -163℃로 하고, 선체(7) 위치의 온도를 상온인 20℃로 하였다.
넷째, 응력값에 대한 최소값과 최대값으로 고정하여 스트레스가 다름을 색으로 표시, 예를 들어, 빨간색은 응력값이 가장 크고, 파란색으로 갈수록 응력값이 작음을 나타내었다.
다섯째, 두께 비율은 전체 두께(400mm) 중 연결단열벽(3a)의 두께가 차지하는 비율로 하였다.
상기와 같은 해석 조건으로 해석 모델인 제1케이스 내지 제4케이스의 유동해석을 하였다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 1차단열벽(3)에 포괄되는 연결단열벽(3a) 및 2차단열벽(5)의 두께를 도출하기 위해 제1케이스의 연결단열벽(3a)과 2차단열벽(5)의 두께를 달리하면서 유동해석을 실시한 결과를 나타낸 도면들이다.
제1케이스는, 도 5에 도시한 바와 같이, 연결단열벽(3a)의 두께를 100mm로 하고, 2차단열벽(5)의 두께를 300mm로 형성한 케이스이다. 즉, 제1케이스는, 연결단열벽(3a)과 2차단열벽(5)의 전체 두께(400mm) 중 연결단열벽(3a)의 두께가 차지하는 비율이 0.25로서, 2차방벽(4)이 연결단열벽(3a)과 2차단열벽(5)의 두께를 합한 전체 두께의 중심으로부터 상단인 1차방벽(2) 쪽에 가깝게 위치된다.
이러한 제1케이스의 경우, 도 6 내지 도 8에 나타난 바와 같이, 유동해석 결과 단위 요소들이 이웃하여 배치된 상태에서, 이웃하는 2차단열벽(5) 사이에 대응되는 2차방벽(4) 부분이 빨간색 계통으로 나타났으며, 응력 값은 70.12MPa로 산출되었다.
제1케이스의 경우에 2차방벽(4)에서 응력이 발생되는 이유는 도 4를 통해 알 수 있다. 즉, 연결단열벽(3a)의 두께가 얇아지면서, 2차방벽(4)에서 액화가스의 냉열에 영향을 많이 받기 때문이다.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 1차단열벽(3)에 포괄되는 연결단열벽(3a) 및 2차단열벽(5)의 두께를 도출하기 위해 실시한 제2케이스의 연결단열벽(3a)과 2차단열벽(5)의 두께를 달리하면서 유동해석을 실시한 결과를 나타낸 도면들이다.
제2케이스는, 도 9에 도시한 바와 같이, 연결단열벽(3a)의 두께를 160mm로 하고, 2차단열벽(5)의 두께를 240mm로 형성한 케이스이다. 즉, 제2케이스는, 연결단열벽(3a)과 2차단열벽(5)의 전체 두께(400mm) 중 연결단열벽(3a)의 두께가 차지하는 비율이 0.4로서, 2차방벽(4)이 연결단열벽(3a)과 2차단열벽(5)의 두께를 합한 전체 두께의 중심으로부터 1차방벽(2) 쪽으로 약간 치우쳐 위치된다.
이러한 제2케이스의 경우, 도 10 내지 도 12에 나타난 바와 같이, 유동해석 결과 단위 요소들이 이웃하여 배치된 상태에서, 이웃하는 2차단열벽(5) 사이에 대응되는 2차방벽(4) 부분이 노란색 계통으로 나타났으며, 응력값은 55.09MPa로 산출되었다.
도 13 내지 도 16은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 1차단열벽(3)에 포괄되는 연결단열벽(3a) 및 2차단열벽(5)의 두께를 도출하기 위해 실시한 제3케이스의 연결단열벽(3a)과 2차단열벽(5)의 두께를 달리하면서 유동해석을 실시한 결과를 나타낸 도면들이다.
제3케이스는, 도 13에 도시한 바와 같이, 연결단열벽(3a)의 두께와 2차단열벽(5)의 두께를 동일/유사하게 형성한 케이스이다. 즉, 제3케이스는, 연결단열벽(3a)과 2차단열벽(5)의 전체 두께(400mm) 중 연결단열벽(3a)의 두께가 차지하는 비율이 약 0.5로서, 2차방벽(4)이 연결단열벽(3a)과 2차단열벽(5)의 두께를 합한 전체 두께의 중심에 인접하여 위치된다.
이러한 제3케이스의 경우, 도 14 내지 도 16에 나타난 바와 같이, 유동해석 결과 단위 요소들이 이웃하여 배치된 상태에서, 이웃하는 2차단열벽(5) 사이에 대응되는 2차방벽(4) 부분이 연한 하늘색 계통으로 나타났으며, 응력값은 47.63MPa로 산출되었다.
도 17 내지 도 20은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 1차단열벽(3)에 포괄되는 연결단열벽(3a) 및 2차단열벽(5)의 두께를 도출하기 위해 실시한 제4케이스의 연결단열벽(3a)과 2차단열벽(5)의 두께를 달리하면서 유동해석을 실시한 결과를 나타낸 도면들이다.
제4케이스는, 도 17에 도시한 바와 같이, 연결단열벽(3a)의 두께를 240mm로 하고, 2차단열벽(5)의 두께를 160mm로 형성한 케이스이다. 즉, 제4케이스는, 연결단열벽(3a)과 2차단열벽(5)의 전체 두께(400mm) 중 연결단열벽(3a)의 두께가 차지하는 비율이 0.6으로서, 2차방벽(4)이 연결단열벽(3a)과 2차단열벽(5)의 두께를 합한 전체 두께의 중심으로부터 아래쪽 에 위치된다.
이러한 제4케이스의 경우, 도 18 내지 도 20에 나타난 바와 같이, 유동해석 결과 단위 요소들이 이웃하여 배치된 상태에서, 이웃하는 2차단열벽(5) 사이에 대응되는 2차방벽(4) 부분이 하늘색 계통으로 나타났으며, 응력값은 41.21MPa로 산출되었다.
상기한 바와 같이, 제1케이스 내지 제4케이스 각각의 유동해석 결과, 연결단열벽(3a) 하부의 2차방벽(4)은 1차방벽(2)으로부터 멀어질수록 열수축으로 인한 저온 응력이 감소하는 경향을 보여줌을 알 수 있었다. 도 21을 참고하여 설명한다.
도 21은 1차단열벽 및 2차단열벽의 두께 변화에 따른 2차방벽의 저온 스트레스와 선체의 취성파괴 확률의 관계를 나타내는 도면이다.
도 21에 도시된 그래프와 같이, 제1케이스 내지 제4케이스뿐만 아니라, 연결단열벽(3a) 하부의 2차방벽(4)은 1차방벽(2)으로부터 더 멀어질수록, 저온에서 열수축으로 인한 응력값이 감소하는 것을 예측할 수 있다. 즉, 연결단열벽(3a) 하부의 2차방벽(4)은 1차방벽(2)으로부터 멀어질수록 온도가 가까울 때 대비 상대적으로 높아지기 때문에 수축이 작아져 응력이 감소하는 것임을 알 수 있다. 본 실시예에서는 연결단열벽(3a) 하부의 2차방벽(4)을 위주로 설명하지만, 단위 요소를 이루는 고정단열벽(3b) 하부의 2차방벽(4) 역시 1차방벽(2)으로부터 멀어질수록 응력이 감소하는 것은 자명하다 할 것이다. 연결단열벽(3a) 하부의 2차방벽(4)은 메인방벽(41)과 보조방벽(42)이 적층된 상태이고, 1차단열벽(3) 하부의 2차방벽(4)은 메인방벽(41)만으로 이루어져 있다.
이와 같이 도출된 본 실시예의 액화가스 저장탱크(1)는 연결단열벽(3a)과 2차단열벽(5)의 두께를 합한 전체 두께에서 연결단열벽(3a)의 두께를 증가시킴에 따라 2차방벽(4)이 받는 온도가 상승(극저온 액체가스로부터 냉열에 의한 영향력 감소)하게 된다. 이를 통해, 2차방벽(4) 자체의 냉열에 의한 수축이 감소되고, 냉열에 의한 응력이 감소됨으로써, 냉열로 인한 2차방벽(4)의 손상을 방지할 수 있다. 이러한 원리는 연결단열벽(3a)을 포괄하는 것으로 정의한 1차단열벽(3) 하부의 2차방벽(4)에도 적용됨은 물론이다.
또한, 2차방벽(4)은, 연결단열벽(3a) 및 고정단열벽(3b)의 두께가 증가됨에 따라(2차단열벽(5)의 두께는 상대적으로 감소됨) 2차방벽(4)에 전달되는 슬로싱 하중 및 유체동하중이 낮아지고, 슬로싱에 의한 응력이 감소됨으로써, 슬로싱에 의한 손상을 방지할 수 있다. 또한, 2차단열벽(5)의 두께가 얇아짐에 따라(1차단열벽(3)의 두께는 상대적으로 두꺼워짐) 2차방벽(4)의 수평(flatness)을 맞추는 것이 용이해 질 수 있다.
또한, 연결단열벽(3a) 및 고정단열벽(3b)의 두께가 증가됨에 따라 2차단열벽(5)의 두께가 상대적으로 감소되고, 1차방벽(2)으로부터 상대적으로 멀어지므로 인해 2차단열벽(5)의 냉열로 인한 수축력 역시 감소되고, 2차단열벽(5)의 수축력 감소에 따라 2차방벽(4)의 인장력이 감소됨으로써, 2차방벽(4)은 2차단열벽(5)의 수축력에 의한 손상을 방지할 수 있다.
이러한 2차방벽(4)의 저온 스트레스를 고려할 때, 본 발명에서는 연결단열벽(3a) 및 2차단열벽(5)을 합한 두께에서 연결단열벽(3a)이 40% 이상에 해당하도록 배치하게 할 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 액화가스 저장탱크(1)는 제2케이스 내지 제4케이스의 범위, 즉, 연결단열벽(3a)이 연결단열벽(3a) 및 2차단열벽(5)을 합한 두께에서 40% 내지 60%에 해당하도록 배치할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 본 발명의 액화가스 저장탱크(1)는 제3케이스의 범위, 즉, 연결단열벽(3a)이 연결단열벽(3a) 및 2차단열벽(5)을 합한 두께 대비 47% 내지 53%에 해당하도록 배치할 수 있다.
그러나 연결단열벽(3a) 및 1차단열벽(3)의 두께를 증가시키게 되면 2차단열벽(5)의 두께가 상대적으로 감소하게 되므로 인해, 2차단열벽(5)은 선체(7)의 6자유도 운동으로 선체(7)가 구조적으로 변형될 때 가해지는 기계적인 응력에 취약할 수 밖에 없고, 이에 따라 2차단열벽(5)을 통해 2차방벽(4)에 전달되는 기계적인 응력 정도가 커질 수밖에 없다.
또한, 액화가스가 적재된 상태에서, 1차방벽(2)이 깨지게 되는 등의 응급 상황(emergency condition)이 발생하게 될 수 있다. 이 경우, 1차방벽(2)이 더 이상 액화가스의 누설을 방지할 수 없게 되므로, 2차방벽(4)에 액화가스가 닿게 될 수 있다. 또한, 2차방벽(4)이 극저온의 액화가스에 닿게 되면, 선체(hull)의 온도가 낮아지게 되어, 취성파괴 확률이 높아질 수 있다. 또한, 저온으로 갈수록 선체의 재료강도는 높아지는데 비해 취성문제가 발생하게 되므로, 취성파괴 확률이 높아질 수 있다. 여기에서, 취성파괴(brittle fracture)는 소성변형이 거의 없이 발생하는 갑작스런 파괴에 해당할 수 있으며, 취성균열(brittle crack)으로 이해될 수도 있다.
이와 관련하여, 도 21을 참조하면, 응급상황에서, 제1케이스에서 제4케이스로 갈수록 극저온의 액화가스가 닿은 2차방벽(4)이 선체에 가까워지게 되므로, 취성파괴 확률은 증가하게 된다. 즉, 도 21에서, 선체의 취성파괴 확률은 제 1케이스에서 제4케이스로 갈수록, 즉, 2차단열벽(5)의 두께 대비 연결단열벽 두께가 증가할수록 높아지게 된다. 또한, 제4케이스를 초과하여 연결단열벽(3a)의 두께가 보다 두꺼워지는 경우, 취성 파괴 확률은 1에 가까워지며 선체는 균열(crack) 또는 분열될 수 있다.
따라서, 액화가스 저장탱크(1)의 단열시스템은 상술한 저온 스트레스뿐만 아니라 선체의 균열 또는 파괴위험까지 고려하여 배치되어야할 것이다. 본 발명에서 2차방벽(4)이 연결단열벽(3a)과 2차단열벽(5)의 두께를 합한 전체 두께의 중심 영역에 위치하는 제2케이스 내지 제4케이스가 저온 스트레스 및 선체 균열의 측면을 모두 고려할 때, 적절할 수 있다. 바람직하게는, 제3케이스가 저온 스트레스 및 선체 균열의 기계적 측면에서, 적절하다고 볼 수 있다.
따라서 본 발명은, 연결단열벽(3a) 및 1차단열벽(3)의 두께를 충분히 확보하여 2차방벽(4)의 저온 응력을 감소시키되, 2차단열벽(4)의 두께를 적절히 마련하여 선체(7)와 2차방벽(4) 간의 간격을 구비하여 2차방벽(4)으로 하여금 선체(7)로부터 전달되는 구조적인 응력에 대한 부담을 줄일 수 있는, 제2케이스 내지 제4케이스가적절한 실시예로 할 수 있다. 또한, 이 중 제3케이스가 저온 스트레스 및 기계적 강도의 측면을 모두 고려할 때, 바람직한 실시예에 해당할 것이다.
한편, 2차방벽(4)의 소재는 다양하게 구성될 수 있으며, 이와 관련하여, 도 22 내지 도 24에서 설명하도록 한다.
도 22, 도 23 및 도 24은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 2차방벽에 대한 다양한 구성을 설명하기 위한 도면들이다.
도 22에 도시된 바와 같이, 2차방벽(4)은, 글라스직물(GC)/알루미늄포일(AF)/글라스-아라미드직물(GAC)이 적층된 3층 구조의 제1소재로 형성될 수 있다.
글라스-아라미드직물(GAC)은, 글라스직물(Glass Cloth)에 아라미드(Aramid) 소재를 적용한 것으로, 글라스 섬유(Glass fiber) 2줄 당 아라미드 1줄을 혼합하여 제조될 수 있다.
이러한 제1소재는 2차방벽(4)의 보조방벽(42)에 적용될 수 있으며, 이에 한정되지 않고 2차방벽(4)의 메인방벽(41)에도 적용될 수 있음은 물론이다.
도 23에 도시된 바와 같이, 2차방벽(4)은, 글라스직물(GC)/알루미늄포일(AF)/글라스직물(GC)/알루미늄포일(AF)/글라스직물(GC)이 적층된 5층 구조의 제2소재로 형성될 수 있다.
이러한 제2소재는 2차방벽(4)의 메인방벽(41)에 적용될 수 있으며, 이에 한정되지 않고 2차방벽(4)의 보조방벽(42)에도 적용될 수 있음은 물론이다.
도 24에 도시된 바와 같이, 2차방벽(4)은, 현무암으로부터 추출되는 무기질계 바잘트(Basalt) 직물을 이용한 것으로, 바잘트직물(BC)/알루미늄포일(AF)/바잘트직물(BC)이 적층된 3층 구조의 제3소재로 형성될 수 있다.
이러한 제3소재는 2차방벽(4)인 메인방벽(41)에 적용될 수 있으며, 이에 한정되지 않고 2차방벽(4)인 보조방벽(42)에도 적용될 수 있음은 물론이다.
도 22 내지 도 24에서 설명한 바와 같이, 본 실시예의 2차방벽(4)은, 제1부재/알루미늄포일(AF)/제2부재가 적층된 다층 구조의 다양한 소재로 형성될 수 있다. 이때, 제1부재와 제2부재 중 적어도 하나는 글라스직물(GC), 글라스-아라미드직물(GAC), 바잘트직물(BC) 또는 글라스직물(GC)/알루미늄포일(AF)/글라스직물(GC)일 수 있다.
또한, 2차방벽(4)에 적용되는 다양한 소재는 2차방벽(4)의 메인방벽(41)과 보조방벽(42)에 여러 조합으로 적용될 수 있음은 물론이다.
도 25는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 직각코너구조를 설명하기 위한 일부 단면도이고, 도 26는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 둔각코너구조를 설명하기 위한 일부 단면도이다.
상술한 도 5 내지 도 20에서, 연결단열벽(3a) 또는 1차단열벽(3)의 두께와 2차단열벽(5)의 두께가 동일, 유사범위에서 형성될 경우, 보다 안정된 단열시스템을 가지는 것으로 확인되었다. 예를 들어, 동일, 유사범위는 2차방벽(4)의 위치가 연결단열벽(3a) 또는 1차단열벽(3)과 2차단열벽(5)의 두께를 합한 전체 두께에서 40% 내지 60%에 위치하는 경우를 나타낼 수 있다. 이와 같은 구성은 도 25에 도시된 액화가스 저장탱크(1)의 직각코너구조와 도 26에 도시된 액화가스 저장탱크(1)의 둔각코너구조에도 동일하게 적용될 수 있다.
그런데 액화가스 저장탱크(1)의 직각코너구조 및 둔각코너구조에서는 2차방벽(4)이 곡선으로 형성될 수 밖에 없으며, 곡선으로 형성될 경우 직선 부분 대비 주변환경에 의한 하중에 취약해 지는데, 본 실시예는 이러한 하중에 의한 응력을 완화시킬 수 있다. 또한, 본 실시예는 선체변형흡수에 용이할 수 있다.
도 25를 참조하면, 직각코너구조에서 2차방벽(4)은, 1차단열벽(3)의 두께가 제1, 제2 케이스보다 더 두꺼워짐에 따라, 곡률반경이 1차단열벽(3)의 두께 대비 25% 이상, 예를 들어 25% 내지 50%를 차지하게 된다.
또한, 직각코너구조에서 2차방벽(4)은, 1차단열벽(3)의 두께가 제1, 제2 케이스보다 더 두꺼워짐에 따라, 기존의 얇은 두께의 1차단열벽 대비 선체(7) 측으로 이동하게 된다. 이 경우, 곡률반경이 커지게 되고, 곡률반경이 커지게 되면서 2차방벽(4)이 2차단열벽(5)에 비접착되는 부분(secondary Barrier scab part not glued)의 길이(L1)도 증가하게 된다. 이는 직각코너구조에서 2차방벽(4)의 유연성(flexibility) 증가를 의미하며, 이로써 직각코너구조에서 2차방벽(4)은 주변부 변형흡수, 예를 들어 선체변형흡수가 용이해지고, 저온 응력도 감소하게 된다. 예를 들어, 비접착되는 부분의 길이(L1)는 100mm 내지 200mm일 수 있다.
도 26을 참조하면, 둔각코너구조에서 2차방벽(4)은, 1차단열벽(3)의 두께가 제1, 제2 케이스보다 더 두꺼워짐에 따라, 곡률반경이 1차단열벽(3)의 두께 대비 15% 이상, 예를 들어 15% 내지 35%를 차지하게 된다.
또한, 둔각코너구조에서 2차방벽(4)은, 1차단열벽(3)의 두께가 제1, 제2 케이스보다 더 두꺼워짐에 따라, 기존의 얇은 두께의 1차단열벽 대비 선체(7) 측으로 이동하게 되어 곡률반경이 커지게 된다. 이 경우, 2차방벽(4)의 곡률반경이 커지게 되면서 2차방벽(4)이 2차단열벽(5)에 비접착되는 부분(secondary Barrier scab part not glued)의 길이(L1)도 증가하게 된다. 이는 직각코너구조에서 2차방벽(4)의 유연성(flexibility) 증가를 의미하며, 이로써 둔각코너구조에서 2차방벽(4)은 주변부 변형흡수, 예를 들어 선체변형흡수가 용이해지고, 저온 응력도 감소하게 된다. 예를 들어, 비접착되는 부분의 길이(L1)는 50mm 내지 90mm일 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 직각코너구조 및 둔각코너구조에서의 2차방벽(4)은, 상대적으로 얇은 두께로 형성되는 1차단열벽의 직각코너구조 및 둔각코너구조 대비 기존의 2차방벽에 가해지는 저온에서의 응력이 감소될 수 있다. 또한, 비접착되는 부분이 증가하게 되어, 선체변형흡수 또한 용이하다.
도 27은 액화가스 저장탱크의 1차단열재 및 2차단열재의 사용 재질에 따른 열전도도를 나타내는 그래프이다.
상기한 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 저장탱크(1)에서, 연결단열벽(3a) 및 1차단열벽(3)의 1차단열재(32, 32a) 및 2차단열벽(5)의 2차단열재(51) 각각은 재질이 모두 동일한 폴리우레탄 폼으로 형성되는 것을 설명하였으나, 경우에 따라 선택적으로 재질이 상이한 폴리우레탄 폼을 사용할 수 있다.
구체적으로, 강화 폴리우레탄 폼(RPUF)은, 폴리올(Polyol), 이소시아네이트(isocyanate), 발포제(blowing agent)를 혼합하여 제작되는데, 발포제로 HFC-245fa 또는 CO2가 사용될 수 있다. HFC-245fa가 CO2 대비 상대적으로 고가에 해당할 수 있다.
본 실시예의 경우, 1차단열재(32, 32a)를 발포제로 CO2가 사용된 강화 폴리우레탄 폼으로 형성하고, 2차단열재(51)를 발포제 HFC-245fa가 사용된 강화 폴리우레탄 폼으로 형성한다.
발포제 HFC-245fa와 발포제 CO2의 열전도도 특성을 도 27의 그래프를 참고하여 살펴보면, 발포제 HFC-245fa는 발포제 CO2와 비교하여 상온에서는 열전도도값이 낮지만, 극저온으로 갈수록 동일하거나 비슷한 값을 보인다.
즉, 발포제 HFC-245fa와 발포제 CO2의 열전도도값은, -80℃를 기점으로 이하의 온도에서는 동일 또는 유사한 값을 보이고, 이상의 온도에서는 발포제 HFC-245fa가 발포제 CO2보다 낮은 값을 보인다.
이에 따라 본 실시예는 상대적으로 고가의 발포제 HFC-245fa를 1차단열재(32, 32a)와 2차단열재(51) 모두에 사용하지 않고, 경제적인 측면을 고려하여, 상대적으로 극저온에 가까운 1차단열재(32, 32a)를 발포제로 CO2가 사용된 강화 폴리우레탄 폼으로 형성하고, 2차단열재(51)를 발포제 HFC-245fa가 사용된 강화 폴리우레탄 폼으로 형성할 수 있다.
도 28은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 저장탱크를 설명하기 위한 일부 단면도이고, 도 29은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 저장탱크를 설명하기 위한 일부 사시도이다.
도 28 내지 도 29에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 저장탱크(1)는, 내부에서 액화가스와 접촉하는 1차방벽(2), 1차방벽(2)의 외측에 설치되는 1차단열벽(3) 및 연결단열벽(3a), 1차단열벽(3) 및 연결단열벽(3a)의 외측에 설치되는 2차방벽(4), 2차방벽(4)의 외측에 배치되어 선체(7)에 고정되는 2차단열벽(5)을 포함하여 구성될 수 있으며, 전술한 제1 실시예와 비교하여 연결단열벽(3a)의 구성이 상이하고, 다른 구성들은 동일 또는 유사하므로, 이하에서 중복 설명을 회피하기 위해 달라지는 부분에 대해서만 설명하기로 한다.
본 실시예에서, 전술한 제1 실시예와 비교하여, 연결단열벽(3a) 의 구성이 상이할 수 있다.
구체적으로, 전술한 제1 실시예와 비교하여 연결단열벽(3a)은 보조단열판(33)을 더 포함할 수 있다.
즉, 연결단열벽(3a)은, 연결플라이우드(31a), 연결단열재(32a), 보조단열판(33)이 적층되는 구조로 이루어질 수 있다.
보조단열판(33)은, 5mm 내지 10mm의 두께를 가질 수 있으며, 플라이우드나 고밀도 폴리우레탄 폼(HD PUF), FRP(Fiber Reinforced Plastic) 등으로 마련되어 2차방벽(4)의 하중 분산 효과를 얻을 수 있다. 또는 보조단열판(33)은 단열 특성이 우수한 VIP(Vacuum Insulation Panel), LD PUF 등으로 마련되어 연결단열벽(3a)이 형성되는 부분에서의 단열 취약성을 보완할 수 있다.
연결단열벽(3a)의 연결단열재(32a)와 단위 요소를 이루는 고정단열벽(3b)의 1차단열재(32)는 두께가 동일할 수 있다. 다만, 연결단열벽(3a)의 경우 하부에 2차방벽(4)의 메인방벽(41)에 더하여 보조방벽(42)이 더 적층되고, 또한 보조단열판(33)을 포함하므로, 연결단열벽(3a)의 연결단열재(32a)의 두께는 보조방벽(42)의 두께 및 보조단열판(33)의 두께 5mm 내지 10mm만큼 1차단열벽(3)의 1차단열재(32)보다 작은 두께일 수 있다.
상기한 보조단열판(33)은, 연결단열벽(3a)의 연결단열재(32a)의 하부뿐만 아니라 단위 요소를 이루는 1차단열벽(3)의 1차단열재(32) 하부에도 설치될 수 있음은 물론이다.
도 30은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 저장탱크를 설명하기 위한 일부 단면도이고, 도 31은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 주요 부분에 대한 확대도이다.
도 30 내지 도 31에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 저장탱크(1)는, 내부에서 액화가스와 접촉하는 1차방벽(2), 1차방벽(2)의 외측에 설치되는 1차단열벽(3) 및 연결단열벽(3a), 1차단열벽(3) 및 연결단열벽(3a)의 외측에 설치되는 2차방벽(4), 2차방벽(4)의 외측에 배치되어 선체(7)에 고정되는 2차단열벽(5), 2차단열벽(5)과 선체(7) 사이에 설치되는 레벨링부재(8), 2차단열벽(5)을 선체(7)에 고정하는 고정부재(9)를 포함하여 구성될 수 있으며, 전술한 제1 실시예와 비교하여 레벨링부재(8)와 고정부재(9)가 상이하고, 다른 구성들은 동일 또는 유사하므로, 이하에서 중복 설명을 회피하기 위해 제1 실시예와 다른 구성 요소인 레벨링부재(8) 및 고정부재(9)와 이로 인하여 달라지는 부분에 대해서만 설명하기로 한다.
레벨링부재(8)는, 2차단열벽(5)과 선체(7) 사이에 설치될 수 있다.
레벨링부재(8)는, 선체(7)의 변형 부위의 수평을 맞출 수 있고, 탱크의 단열 성능을 증대시키며, 2차단열벽(5)을 지지할 수 있는 비접착탄성단열재이며 EPS(Expanded Polystyrene) 등일 수 있다.
이러한 레벨링부재(8)는, 탄성력에 의해 2차단열벽(5)에 밀착되는 상면은 평평하게 되고, 선체(7)에 밀착되는 하면은 선체(7)의 변형에 맞도록 곡면을 가질 수 있다. 선체(7)의 변형은 예를 들어, 선체(7)의 블록간 용접 시에 발생될 수 있다.
즉, 레벨링부재(8)는, 기존의 마스틱과 레벨링웨지를 사용하지 않더라도 선체의 변형 부위의 수평을 맞출 수 있고, 탱크의 단열 성능을 증대시킬 수 있다.
고정부재(9)는, 2차단열벽(5)을 선체(7)에 고정할 수 있도록, 돌출부(91)와 스터드볼트(92)를 포함하는 클리트(cleat) 구조로 이루어질 수 있다.
돌출부(91)는, 2차단열벽(5)의 단위패널 양 측면 하부에서 외부로 돌출되어 마련될 수 있으며, 플라이우드로 형성될 수 있다.
돌출부(91)는, 일측면이 2차단열벽(5)의 2차플라이우드(52)의 측면과 2차플라이우드(52)로부터 일정 높이까지의 2차단열재(51)의 일부 측면에 걸쳐 고정 설치될 수 있고, 하면이 2차플라이우드(52)의 하면과 동일한 레벨을 이룬다.
돌출부(91)의 폭 두께는, 2차단열벽(5)을 이루는 복수 개의 단위패널을 배치했을 때, 상호 대향되는 돌출부(91) 사이가 스터드볼트(92)가 삽입될 수 있는 정도일 수 있다.
스터드볼트(92)는, 선체(7)에 고정될 수 있다.
스터드볼트(92)는, 2차단열벽(5)을 이루는 복수 개의 단위패널을 배치했을 때, 이웃하는 2차단열벽(5)의 단위패널들 사이의 공간에 일치되도록 선체(7)에 고정 설치될 수 있다.
스터드볼트(92)는, 이웃하는 2차단열벽(5)의 단위패널 각각의 측면에 마련되어 대향하는 2개의 돌출부(91) 사이에 위치된 상태에서 볼트를 조임에 의해 2차단열벽(5)을 선체(7)에 고정시킬 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 연결단열벽(3a)을 포괄하는 1차단열벽(3)과 2차단열벽(5)의 전체 두께에서 1차단열벽(3, 3a)의 두께를 2차단열벽(5)과 동일 또는 유사하게 구성함으로써, 2차단열벽(5)의 기계적 강도를 일정 수준으로 유지할 수 있음은 물론, 2차방벽(4)의 저온 부담 및 슬로싱 부담을 줄일 수 있어, 2차방벽(4)의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예는, 단위 요소를 이루는 이웃하는 1차단열벽(3) 사이의 공간에 마련되는 연결단열벽(3a)의 하면에 보조단열판(33)을 마련함으로써, 단위 요소를 이루는 이웃하는 2차단열벽(5)의 연결 부분에서의 단열 성능을 더욱 증대시킬 수 있다.
또한, 본 실시예는, 2차방벽(4)의 구성을 개선하여 단열 성능을 증가시킬 수 있다.
또한, 본 실시예는, 2차단열벽(5)과 선체(7) 사이에 2차단열벽(5)의 레벨링부재(8)로 비접착탄성단열재를 적용함으로써, 기존의 마스틱과 레벨링웨지를 사용하지 않더라도 선체(7)의 변형 부위의 수평을 맞출 수 있고, 탱크의 단열 성능을 증대시킬 수 있다.
또한, 본 실시예는, 2차단열벽(5)의 단위패널 측면 하부에 외부로 돌출되어 마련되는 돌출부(91)와, 선체(7)에 고정되는 스터드볼트(92)에 의한 클리트(cleat) 구조 방식으로 인접한 2차단열벽(5)의 단위패널을 고정시킴으로써, 2차단열벽(5)에 구멍을 뚫어 스터드볼트로 단위패널을 고정시키는 방식 대비 공수를 절감할 수 있다.
본 발명은 상기에서 설명한 실시예들로 한정되지 않으며, 상기 실시예들의 조합 또는 상기 실시예 중 적어도 어느 하나와 공지 기술의 조합을 또 다른 실시예로서 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 28 내지 도 29의 실시예가 도 4 내지 도 27의 실시예와의 조합이 가능하다. 또한, 예를 들어, 도 30 내지 도 31의 실시예가 도 1 및 도 2의 단열시스템 또는 도 28 및 도 29의 단열시스템과 조합이 가능하다.
이하에서는 도 32 내지 도 39를 통해, 앞서 설명된 액화가스 저장탱크의 1차 방벽 형상에 대하여 상세하게 설명하도록 한다.
도 32는 본 발명의 제1,2,3실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 1차방벽의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이고, 도 33은 1차방벽에 대한 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 32 내지 도 33에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1,2,3실시예에 따른 액화가스 저장탱크(1)의 1차방벽(2)은, 도 3을 참고하여 설명한 2가지 종류의 곡률반경(R1, R2)을 갖도록 형성된 1차방벽(2)과 비교하여 단면 형상이 다를 수 있으며, 이하에서 구체적으로 설명한다.
도 32를 참조하면, 1차방벽(2)은, 1차단열벽(3)의 상면에 접촉되는 복수 개의 평면부(21), 온도에 의한 수축 또는 팽창 응력(stress) 완화를 위한 복수 개의 곡면부(22)로 이루어질 수 있다.
본 실시예의 곡면부(22)는, 평면부(21)로부터 곡면부(22)의 상단까지의 높이(H) 대비 이웃하는 평면부(21) 사이의 폭(W)의 비율(W/H)을 2.0 내지 3.0 범위(2.0 ≤ W/H ≤ 3.0)가 되는 단면 형상을 갖도록 하여, 저온에 의한 열 응력(thermal stress)은 물론 슬로싱에 의한 압 응력(pressure stress) 부담을 최소화할 수 있도록 한다.
이때, 곡면부(22)의 폭(W)은 50mm~105mm, 바람직하게는 65mm~93mm, 더욱 바람직하게는 70mm~80mm일 수 있고, 곡면부(22)의 높이(H)는 30mm~50mm, 바람직하게는 30mm~45mm, 더욱 바람직하게는 33mm~40mm일 수 있다.
이러한 복수 개의 곡면부(22)는, 가로 방향과 세로 방향으로 교차되도록 형성될 수 있으며, 가로 방향의 곡면부(22)와 세로 방향의 곡면부(22)는 크기가 동일할 수 있다. 즉, 1차방벽(2) 전체에서 가로 및 세로 곡면부(22)의 크기가 동일하므로, 1차방벽 제작이 용이할 수 있다.
또한, 복수 개의 곡면부(22)는, 이웃하는 곡면부(22) 사이의 간격을 공지된 것(여기서, 공지된 것은 이하에서 '비교대상'이란 용어로 사용될 수 있음) 보다 넓게, 예를 들어, 350mm~400mm의 간격이 되도록 할 수 있다. 여기에서, 곡면부(22) 사이의 간격은 곡면부(22)의 최상단 지점 간의 간격에 해당할 수 있다. 또한, 1차방벽(2)을 이루는 복수 개의 단위 방벽(2a)의 크기는 도 35에 도시된 바와 같이 공지된 것 보다 큰 3:1비율, 예를 들어, 길이가 3,150mm~3,600mm이고 폭이 1,050mm~1,200mm의 크기로 형성할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예의 1차방벽(2)에서 곡면부(22) 사이의 간격을 넓게하고 단위 방벽(2a)의 크기를 크게 할 수 있는 것은, 상기한 평면부(21)로부터 곡면부(22)의 상단까지의 높이(H) 대비 이웃하는 평면부(21) 사이의 폭(W)의 비율(W/H)을 2.0 내지 3.0 범위(2.0 ≤ W/H ≤ 3.0)가 되도록 한 곡면부(22)의 단면 형상에 의해 가능하며, 도 36 내지 도 39를 참고하여 후술함에 의해 더욱 이해될 것이다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 가로 방향의 곡면부와 세로 방향의 곡면부는 교차되도록 형성될 수 있다. 이때, 가로 방향의 곡면부와 세로 방향의 곡면부는높이와 폭이 각각 동일하게 형성될 수 있다.
또한, 곡면부(22)는, 곡률반경이 서로 다른 제1,2,3곡면부(22a, 22b, 22c)를 갖는 단면 형상으로 형성될 수 있다.
제1곡면부(22a)는, 이웃하는 평면부(21) 각각에 연결되어 한 쌍으로 형성되며, 제1곡률반경(r1)을 갖는다. 제1곡률반경(r1)은 4mm~12mm일 수 있다.
한 쌍의 제1곡면부(22a) 각각은, 평면부(21)와 연결되는 제1연결지점(P1)과, 한 쌍의 제3곡면부(22c) 각각과 연결되는 제2연결지점(P2) 사이에서 제1곡률반경(r1)을 갖는 곡면 형상일 수 있다.
여기서, 제1연결지점(P1)은 수용공간 측의 제1곡률중심(C1)으로부터 제1곡률반경(r1)을 갖는 제1원(A1)의 최하부 곡선 부분과 제1원(A1)의 세로 중심선이 교차되는 지점과 동일한 위치일 수 있다. 제1곡면부(22a)의 제1곡률중심(C1)은 평면부(21)가 형성하는 가상의 평면보다 상부에 위치할 수 있다.
제2연결지점(P2)은 제1원(A1)의 곡선과 제1원(A1)의 가로 중심선이 교차되는 지점으로부터 하측으로 30도 각도 이내의 제1원(A1)의 곡선 부분에 위치될 수 있다.
제2곡면부(22b)는, 곡면부(22)의 상부를 이루며, 적어도 제1곡률반경(r1)보다 큰 반경의 제2곡률반경(r2)을 갖는다. 여기서, 제2곡률반경(r2)은 7mm~15mm일 수 있다.
제2곡면부(22b)는, 한 쌍의 제3곡면부(22c) 중 어느 하나의 제3곡면부(22c)와 연결되는 제3연결지점(P3)과, 다른 하나의 제3곡면부(22c)에 연결되는 제4연결지점(P4) 사이에서 제2곡률반경(r2)을 갖는 곡면 형상일 수 있다.
여기서, 제3연결지점(P3)과 제4연결지점(P4) 각각은, 수용공간 반대측의 제2곡률중심(C2)으로부터 제2곡률반경(r2)을 갖는 제2원(A2)의 세로 중심선을 기준으로 양측으로 일정 각도, 예를 들어, 3도 내지 10도 사이의 제2원(A2)의 곡선 부분에 위치될 수 있다. 제2곡면부(22b)의 제2곡률중심(C2)은 평면부(21)가 형성하는 가상의 평면보다 상부에 위치할 수 있다.
제3곡면부(22c)는, 한 쌍의 제1곡면부(22a) 각각과 제2곡면부(22b)를 연결하는 한 쌍으로 형성되며, 적어도 제2곡률반경(r2)보다 큰 반경의 제3곡률반경(r3)을 갖는다. 여기서, 제3곡률반경(r3)은 25mm~45mm일 수 있다.
즉, 제1,2,3곡면부(22a, 22b, 22c) 각각의 제1,2,3곡률반경(r1, r2, r3)의 크기는 '제1곡률반경(r1) ≤제2곡률반경(r2) < 제3곡률반경(r3)'일 수 있다. 이때, 본 실시예는 제3곡률반경(r3)의 크기가 제2곡률반경(r2)의 크기와 제1곡률반경(r1)의 크기를 합한 값보다 클 수 있다.
한 쌍의 제3곡면부(22c) 중 어느 하나의 제3곡면부(22c)는, 한 쌍의 제1곡면부(22a) 중 어느 하나의 제1곡면부(22a)가 연결되는 제2연결지점(P2)과 제2곡면부(22b)의 일측이 연결되는 제3연결지점(P3) 사이에 제3곡률반경(r3)을 갖는 곡면 형상일 수 있다.
어느 하나의 제3곡면부(22c)는 수용공간 반대측의 제3곡률중심(C3)으로부터 제3곡률반경(r3)을 갖는 제3원(A3)의 곡선 부분에 마련될 수 있다.
또한, 한 쌍의 제3곡면부(22c) 중 다른 하나의 제3곡면부(22c)는, 한 쌍의 제1곡면부(22a) 중 다른 하나의 제1곡면부(22a)가 연결되는 제2연결지점(P2)과 제2곡면부(22b)의 타측이 연결되는 제4연결지점(P4) 사이에 제3곡률반경(r3)을 갖는 곡면 형상일 수 있다.
다른 하나의 제3곡면부(22c)는 수용공간 반대측의 제4곡률중심(C4)으로부터 제3곡률반경(r3)을 갖는 제4원(A4)의 곡선 부분에 마련될 수 있다.
상기에서, 제2,3,4연결지점(P2, P3, P4) 각각은, 한 쌍의 제3곡면부(22c)를 기준으로 위치를 살펴볼 때, 제2연결지점(P2)은 한 쌍의 제1곡면부(22a) 중 어느 하나의 제1곡면부(22a)의 제1원(A1)의 곡선과 제3원 곡선 또는 한 쌍의 제1곡면부(22a) 중 다른 하나의 제1곡면부(22a)의 제1원(A1)의 곡선과 제4원(A4)의 곡선이 만나는 지점일 수 있다.
또한, 제3연결지점(P3)은 제2원(A2)의 곡선과 제3원(A3)의 곡선이 만나는 지점일 수 있다. 제3연결지점(P3)은 제3원(A3)의 최상부 곡선 부분과 제3원(A3)의 세로 중심선이 교차되는 지점과 동일한 위치일 수 있다.
제4연결지점(P4)은 제2원(A2)의 곡선과 제4원(A4)의 곡선이 만나는 지점일 수 있다. 제4연결지점(P4)은 제4원(A4)의 최상부 곡선 부분과 제4원(A4)의 세로 중심선이 교차되는 지점과 동일한 위치일 수 있다.
상기한 한 쌍의 제3곡면부(22c)는, 동일한 크기의 제3곡률반경(r3)을 갖되, 어느 하나의 제3곡면부(22c)의 제3곡률중심(C3)과 다른 하나의 제3곡면부(22c)의 제4곡률중심(C4)이 수평 방향으로 어긋나 위치될 수 있다. 또한, 본 실시예의 제3,4곡률중심(C3, C4)은 곡면부(22)의 내측에 위치된다. 따라서, 제3,4곡률중심(C3, C4)은 이웃하는 평면부(21) 사이를 가상선으로 연결했을 때, 가상선의 윗쪽인 곡면부(22)의 내측에 위치된다. 즉, 제3곡면부(22c)의 제3,4곡률중심(C3, C4)은 평면부(21)가 형성하는 가상의 평면보다 상부에 위치할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 실시예의 곡면부(22)의 모든 곡률중심(C1, C2, C3, C4)은 평면부(21)가 형성하는 가상의 평면보다 상부에 위치할 수 있다.
도 34의 (a) 및 (b)는 1차방벽에 마련되는 돌출구조물을 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예의 1차방벽(2)은, 도 34의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 가로 곡면부(22)와 세로 곡면부(22)가 교차되는 교차부의 주변 평면부(21)에 돌출구조물(24)을 더 구비할 수 있다. 예를 들어, 돌출구조물(24)은 교차부로부터 일정 거리 이내에 구비될 수 있다. 또한, 일정 거리는 동일 선상에 위치한 교차부 간의 거리에서 1/3 범위에 해당할 수 있으며, 이에 한정되지 아니한다.
돌출구조물(24)은, 가로 곡면부(22)와 세로 곡면부(22)보다 크기가 작고, 도 34의 (a)에 도시된 바와 같이 볼록한 원형 또는 도 34의 (b)에 도시된 바와 같이 호 형상 등 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.
이러한 돌출구조물(24)은, 가로 곡면부(22)와 세로 곡면부(22)가 교차되는 부분에서 슬로싱에 의한 압 응력(pressure stress) 부담을 더욱 최소화할 수 있도록 한다.
도 35는 1차방벽의 단위방벽을 설명하기 위한 사시도이다.
본 실시예에 의한 1차방벽(2)은, 이웃하는 곡면부(22) 사이의 간격을 공지된 것 보다 넓은 350mm~400mm의 간격이 되도록 할 수 있고, 이로 인하여 도 35에 도시된 바와 같이 1차방벽(2)을 이루는 복수 개의 단위 방벽(2a) 각각의 크기를 공지된 것 보다 큰 3:1비율, 예를 들어, 길이가 3,150mm~3,600mm이고 폭이 1,050mm~1,200mm의 크기로 형성할 수 있다. 본 실시예는 단위 방벽(2a)의 크기를 크게 함으로써, 기존 대비 단위 방벽(2a)의 설치 개수를 줄일 있어, 1차방벽(2)의 설치 공수를 절감할 수 있다.
또한, 도 35에 도시된 단위 방벽(2a)에서, 곡면부(22)의 최상단부 간의 폭이 350mm~400mm에 해당할 수 있다. 여기에서, 곡면부(22)의 최상단부는 도 32의 제2곡면부(22b)의 최상단지점에 해당할 수 있다. 이는, 비교대상 단위 방벽(공지된 단위 방벽)과 비교하여 곡면부의 최상단부 간의 폭이 증가한 것으로서, 비교대상 단위 방벽에 비해 생산 및 설치시에 보다 용이할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 단위 방벽(2a)은 가로 방향의 곡면부(22) 및 세로 방향의 곡면부(22)의 폭 및 높이가 동일함으로 인해, 비교대상 단위 방벽에 비해 제작 비용을 절감할 수 있다.
도 36은 1차방벽의 곡면부 높이 대비 곡면부 폭의 비율(W/H)에 따른 본 미제스 응력 값(열 응력 및 압 응력)의 분포를 나타낸 도면이고, 도 37은 1차방벽의 단면 형상 최적화 시뮬레이션을 통한 1차방벽의 곡면부 높이 대비 곡면부 폭의 비율(W/H)에 따른 곡률반경 ‘r3-r2-r1’값의 범위를 나타낸 도면이다.
본 실시예의 1차방벽(2)은, 저온에 의한 열 응력(thermal stress)은 물론 슬로싱에 의한 압응력(pressure stress) 부담을 최소화할 수 있도록, 상기한 바와 같이, 곡면부(22)의 단면 형상을 평면부(21)로부터 곡면부(22)의 상단까지의 높이(H) 대비 이웃하는 평면부(21) 사이의 폭(W)의 비율(W/H)을 2.0 내지 3.0 범위(2.0 ≤ W/H ≤ 3.0)가 되도록 하고, 이에 더하여 제1,2,3곡면부(22a, 22b, 22c) 각각의 제1,2,3곡률반경(r1, r2, r3)이 서로 다르게 하되, 제3곡률반경(r3)의 크기가 제2곡률반경(r2)의 크기와 제1곡률반경(r1)의 크기를 합한 값보다 크게 되도록 하였는데, 이러한 곡면부(22)의 단면 형상은 이하 도 36 내지 도 39에 도시된 실험 데이터에 의해 얻어졌으며, 이에 더하여 공지된 1차방벽을 비교대상으로 대비해 보았다.
여기서, 비교대상 1차방벽은 본 발명의 1차방벽(2)과 달리 라지 코러게이션(Large corrugation)과 스몰 코러게이션(Small corrugation)을 가진다.
도 36에 도시된 바와 같이, 1차방벽(2)의 곡면부(22)의 높이(H) 대비 곡면부(22)의 폭(W)의 비율(W/H)에 따른 본 미제스 응력(Von Mises Stress)으로부터 열 응력 및 압 응력 둘 다를 고려했을 때, 본 발명의 1차방벽(2)은 높이와 폭의 비율(W/H)이 2.0 내지 3.0 범위에서 열 응력 및 압 응력이 집중되었으며, 비교대상의 1차방벽의 경우에는 라지 코러게이션이나 스몰 코러게이션 각각의 높이와 폭의 비율(W/H)이 약 1.5 이하였으며, 열 응력과 압 응력이 크게 차이가 났다. 즉, 높이와 폭의 비율(W/H)이 2.0 내지 3.0 범위를 갖는 본 발명이 높이와 폭의 비율(W/H)이 1.5 이하인 비교대상과 대비하여 열 응력 및 압 응력 모두가 양호함을 알 수 있었다.
구체적으로, 본 발명은 열 응력이 1차방벽(2)의 높이와 폭의 비율(W/H)의 크기에 비례하여 커지며, 압 응력이 1차방벽(2)의 높이와 폭의 비율(W/H)의 크기에 반비례하여 작아지며, 높이와 폭의 비율(W/H)이 2.0 내지 3.0 범위일 때 열 응력 및 압 응력의 분포가 집중되고, 이때 본 발명의 1차방벽(2)은 열 응력과 압 응력이 110MPa 내지 210MPa 사이에 있음을 알 수 있다.
반면에, 비교대상은, 1차방벽의 높이와 폭의 비율(W/H)이 약 1.5 이하인 라지 코러게이션에서 최대 열 응력이 약 73MPa, 최대 압 응력이 약 310MPa였으며, 1차방벽의 높이와 폭의 비율(W/H)이 1.5 이하인 스몰 코러게이션에서 최대 열 응력 및 최대 압 응력이 약 150MPa였다.
또한, 도 37에 도시된 바와 같이, 본 발명은 1차방벽(2)의 높이와 폭의 비율(W/H)이 2.0 내지 3.0범위이고, 곡률반경 'r3-r2-r1’값이 10mm~30mm 범위, 바람직하게는 15mm~27mm 에서, 1차방벽(2)의 단면 형상 최적화 결과를 얻었다.
반면에, 비교대상은, 1차방벽의 라지 코러게이션 및 스몰 코러게이션의 높이와 폭의 비율(W/H)이 약 1.5 이하일 때, 라지 코러게이션의 곡률반경 'r3-r2-r1’값은 약 48mm였고, 스몰 코러게이션의 곡률반경 'r3-r2-r1’값은 약 21mm였으며, 이로부터 비교대상 1차방벽은 본 발명의 1차방벽(2)의 단면 형상과 다름을 알 수 있다.
한편, 본 발명의 1차방벽(2)은 항복 응력이, 상온에서는 170Mpa이고, -170도의 저온에서는 220Mpa 정도인데, 상온에서 제작함 따라서 170Mpa 내지 180MPa가 넘지않는 범위가 요구된다.
이에 따라, 본 실시예의 1차방벽(2)은 열응력 또는 압응력이 약 170MPa를 넘지 않고 비교대상과 차별화되도록 높이와 폭의 비율(W/H)이 2.0 내지 3.0 범위, 그리고 170MPa 이하를 만족하는 'r3-r2-r1’값이 15mm~27mm 범위인 형상을 갖도록 하는 것이 바람직할 수 있다.
도 38의 (a), (b) 및 (c)는 본 발명의 1차방벽과 비교대상의 1차방벽에서 가로 및 세로 곡면부로 유체가 유입될 때의 슬로싱 압력값에 대한 유동해석을 실시한 결과를 나타낸 도면으로, 이때 가로 및 세로 곡면부로 유입되는 유체의 속도는 5m/s의 속도로 하였다. 도 38의 (a)는 본 발명의 1차방벽(2)에서 가로 또는 세로 곡면부(22)로 유체가 유입될 때의 슬로싱 압력값에 대한 유동해석으로서 최대 슬로싱 압력 값 0.31KPa를 얻었다. 또한, 도 38의 (b)는 비교대상의 1차방벽에서 가로 곡면부(라지 코러게이션)로 유체가 유입될 때의 슬로싱 압력값에 대한 유동해석으로서 최대 슬로싱 압력 값 10.52KPa를 얻었고, 도 38의 (c)는 비교대상의 1차방벽에서 세로 곡면부(스몰 코러게이션)로 유체가 유입될 때의 슬로싱 압력값에 대한 유동해석으로서 최대 슬로싱 압력 값 3.58KPa를 얻었다.
여기서, 본 발명의 1차방벽(2)은 전술한 바와 같이, 가로 및 세로 곡면부(22)의 크기 및 높이가 동일한 단면 형상을 갖지만, 비교대상의 1차방벽은 일반적인 곡면부 단면 형상을 가지는 크기가 큰 가로 곡면부(라지 코러게이션)와 크기가 작은 세로 곡면부(스몰 코러게이션)가 교차되는 것으로, 본 발명의 1차방벽(2)이 비교대상의 1차방벽 대비 슬로싱 압력 값이 가로 곡면부에서는 우수하고, 세로 곡면부에서는 매우 우수함을 알 수 있다.
도 39의 (a) 및 (b)는 본 발명의 1차방벽과 비교대상의 1차방벽에 등분포 하중을 가했을 때 변형을 나타낸 것(슬로싱 충격압력에 의한 구조해석 결과를 나타낸 것)으로, 이때 1차방벽에 대해 전체 충격압력 10bar를 가하여 탄소성 구조해석을 하였다. 이는 1차방벽 단면 형상에서의 동적거동과 소성변형량을 파악하기 위함이다. 도 39의 (a)에 도시된 본 발명의 1차방벽(2)의 곡면부(22)의 단면 형상이 도 39의 (b)에 도시된 비교대상의 1차방벽의 곡면부(라지 코러게이션)의 단면 형상보다 경사가 완만하여, 본 발명의 1차방벽(2)에는 변형이 거의 일어나지 않고 비교대상의 1차방벽에는 변형이 많이 일어남을 알 수 있다. 이와 같이, 비교대상의 1차방벽의 경우 변형을 방지하기 위해 곡면부의 하단에 우드웨지나 금속과 같은 보형물을 넣어야 하는 등 추가 작업이 필요하다.
도 40은 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 저장탱크(1)의 단면도이다.
도 40을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 저장탱크(1)는, 2차방벽(4)에 대한 구조에서 앞선 실시예 대비 차이점이 존재한다. 이하에서는 본 실시예가 앞선 실시예 대비 달라지는 점 위주로 설명하도록 하며, 설명을 생략한 부분은 앞선 내용으로 갈음한다. 이는 본 명세서의 다른 실시예에도 마찬가지임을 알려둔다.
2차방벽(4)은, 금속과 비금속의 혼합 소재 등으로 이루어진다. 이러한 복합 재질의 2차방벽(4) 중 특히 보조방벽(42)은, 평면부(43)와 주름부(44)를 포함할 수 있다. 평면부(43)는 메인방벽(41)에 적층되는 양단에 마련되는 것으로서, 메인방벽(41)과 접착 등으로 고정되는 부분일 수 있다.
주름부(44)는, 평면부(43) 사이의 중앙 부분에 마련된다. 주름부(44)는 단위 요소를 이루는 2차단열벽(5) 사이에서 내외 방향으로 돌출 또는 함몰되도록 구비될 수 있다. 즉 주름부(44)는 복합 재질인 2차방벽(4)이 휘어지거나 절곡되어 형성되는 부분일 수 있으며, 주름부(44)의 두께는 평면부(43)의 두께와 동일할 수 있다.
즉 주름부(44)는 1차방벽(2)에서의 곡면부(22)와 유사하게 휘어져 있는 구조일 수 있다. 따라서 주름부(44)를 평평하게 가공하면, 평면부(43) 사이의 거리(2차단열벽(4) 사이의 간극)보다도 큰 폭을 가질 수 있다.
물론 주름부(44)는 두께가 부분적으로 얇아지거나 두꺼워지는 요철 구조도 가능하며, 위에서 설명한 휘어지거나 절곡된 형태와 두께를 변화시킨 요철이 복합되는 것도 가능하다.
이러한 주름부(44)는, 마스틱(6) 등에 의해 선체(7)에 고정되고 상호 인접하게 배치된 단위 요소가, 극저온 액화가스 저장으로 인한 온도 변화로 인해 상호 간격이 변화할 때, 이를 흡수하기 위한 것이다. 즉 주름부(44)는 2차단열벽(5) 사이 간극이 벌어지거나 좁아지게 되는 것을 대비하기 위하여 마련되며, 주름부(44)를 둠에 따라 본 실시예의 보조방벽(42)은 보다 유연하게 수축 및 팽창에 대비할 수 있다.
즉 주름부(44)는, 보조방벽(42)의 양단인 평면부(43)가 메인방벽(41)을 통해 선체(7)에 고정되어 있을 때, 평면부(43) 사이에서 미세하게 접히거나 펴지는 구성으로 이루어져서, 보조방벽(42) 양단의 거리가 변화하더라도 보조방벽(42)이 원활하게 밀봉 상태를 유지하도록 한다.
이를 위해 보조방벽(42)은, 수용공간에 액화가스가 저장되기 전 상태 또는 극저온 액화가스로 인해 수축되기 전 상태에서 주름부(44)를 갖도록 마련된다. 즉 보조방벽(42)은 수축 전 상태에서도 주름부(44)가 주름진 상태를 가질 수 있고, 액화가스 저장 시 주름부(44)는 상대적으로 더 주름지게 변형될 수 있다.
물론 주름부(44)는 주름질 수 있는 구조로 마련되고 액화가스 저장 전에는 비교적 평평한 면을 이룰 수 있고, 액화가스의 저장 시 주름이 잡히도록 변형되는 것도 가능하다.
주름부(44) 전체는 평면부(43) 대비 선체(7)를 향하는 외측으로 돌출된 형태를 가지며, 이 경우 보조방벽(42)의 내측에 적층되는 연결단열벽(3a)은, 2차방벽(4)과 마주하는 외면이 평평한 면을 이룰 수 있다. 이때 2차단열벽(5) 사이의 간극에 채워지는 글라스울 등의 단열재는, 주름부(44)의 높이를 고려하여 2차단열벽(5)(또는 메인방벽(41))의 높이보다 낮게 설치되거나, 또는 주름부(44)의 형상에 맞물리도록 마련될 수 있다.
앞선 실시예의 경우 연결단열벽(3a)의 외면에는 보조방벽(42) 전면이 접합되도록 이루어질 수 있지만, 본 실시예는 연결단열벽(3a)의 외면에서 보조방벽(42)의 평면부(43)는 본딩되는 반면 주름부(44)는 적어도 부분적으로 본딩되지 않도록 이루어질 수 있다. 이는 주름부(44)의 폭방향 변형을 허용하기 위함이다.
이와 같이 본 실시예는, 비금속 재질을 포함하는 보조방벽(42)에 대해 주름부(44)를 적용함으로써, 액화가스의 저장 시 단위요소 간의 간격 변동 시 보조방벽(42)이 수축/팽창하면서 안정적으로 밀봉력을 유지하도록 할 수 있다.
도 41은 본 발명의 제5 실시예에 따른 액화가스 저장탱크(1)의 단면도이다.
도 41을 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 액화가스 저장탱크(1)는, 앞선 실시예 대비 주름부(44) 및 연결단열벽(3a)의 형상이 달라질 수 있다.
본 실시예의 주름부(44)는, 적어도 일부분이 평면부(43) 대비 액화가스 수용공간을 향하는 내측으로 돌출된 형태를 가질 수 있다. 즉 주름부(44)는 외측 및 내측을 향해 반복적으로 휘어지거나 절곡되면서, 적어도 일부가 평면부(43) 대비 내측으로 돌출되어 있을 수 있다.
이때 주름부(44)는 전체가 평면부(43) 대비 내측으로 돌출되어 있을 수 있으며, 이는 앞서 도 40에서 설명한 주름부(44) 대비 상하 반전된 형태로 이해될 수 있다. 또는 주름부(44)는 적어도 일부가 평면부(43) 대비 내측으로 돌출되고 나머지 중 적어도 일부가 평면부(43) 대비 외측으로 돌출되는 것도 가능하다.
전자의 경우, 2차단열벽(5) 사이의 글라스울 등의 단열재는 2차단열벽(5) 또는 메인방벽(41)과 동일한 높이를 갖도록 마련될 수 있으며, 후자의 경우에는 앞선 제4 실시예와 마찬가지로 2차단열벽(5) 사이의 단열재가 2차단열벽(5)보다 낮은 높이로 이루어질 수 있다.
주름부(44)가 평면부(43) 대비 내측으로 돌출되는 경우 연결단열벽(3a)과의 간섭이 문제되는데, 이를 해소하고자 연결단열벽(3a)에는 함몰부(34)가 형성될 수 있다. 즉 연결단열벽(3a)은 2차방벽(4)과 마주하는 외면에 주름부(44)의 적어도 일부를 수용하는 함몰부(34)가 형성된다.
따라서 주름부(44)가 내측으로 돌출된 주름 형태를 갖더라도, 연결단열벽(3a)은 평면부(43)를 통해 보조방벽(42)과 접착 고정된 상태를 원활하게 유지할 수 있다. 이때 함몰부(34) 내에는 주름부(44) 주변에 단열 성능을 갖는 재료가 채워질 수 있고, 이러한 재료는 주름부(44)의 변형을 허용하는 성질(압축 또는 팽창 가능)을 가질 수 있다.
또한 함몰부(34) 내에서 주름부(44)는 연결단열벽(3a)의 외면에 접착되지 않도록 마련될 수 있으며, 이를 통해 주름부(44)는 함몰부(34) 내측공간에서 주름이 더 잡히거나 또는 주름이 펴지는 방식으로 수축/팽창에 대응할 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 연결단열벽(3a)에 함몰부(34)를 두고 주름부(44)를 수용하도록 함으로써, 주름부(44)의 주름 형상을 보다 자유롭게 확보할 수 있다.
도 42 및 도 43은 본 발명의 제6 실시예에 따른 액화가스 저장탱크(1)의 1차방벽(2)의 평면도이다.
도 42 및 도 43을 참조하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 액화가스 저장탱크(1)의 경우, 1차방벽(2)의 곡면부(22) 형상은 앞선 제1 실시예 또는 제3 실시예에서와 동일하되, 1차방벽(2)(단위 방벽(2a))의 제작 방법이 다를 수 있다.
본 실시예에서 단위 방벽(2a)은, 가로 방향의 곡면부(22) 및 세로 방향의 곡면부(22)가 상호 교차하지 않도록 배치되는 직선부(25)를 포함한다. 직선부(25)는 도 42에 나타난 바와 같다.
또한 직선부(25)는, 가로 방향의 곡면부(22)와 세로 방향의 곡면부(22)가 격자 형태로 배치된다. 이때 곡면부(22)가 서로 교차될 위치마다 개구(25a)가 구비됨에 따라, 곡면부(22)의 교차점을 형성하지 않는 형태를 가질 수 있다. 따라서 직선부(25)는 가로 방향의 곡면부(22)와 세로 방향의 곡면부(22)를 구비하면서도, 상호 수직한 두 곡면부(22)가 상호 교차하지 않도록 배치된다.
이러한 직선부(25)는, 금속 재질 등으로 이루어지는 평평한 단위 방벽(2a)을 준비한 뒤, 별도의 제조장치에 의해 단위 방벽(2a)에 가로 곡면부(22) 및 세로 곡면부(22)를 순차적으로 또는 동시에 형성한다. 이때에는 교차점이 형성될 수 있다.
이후 제조장치를 이용하여 교차점 부분을 도려내 개구(25a)를 형성한다. 교차점은 가로 곡면부(22)와 세로 곡면부(22)를 제작할 때 형성되지만, 제작 과정에서 파손되거나 또는 액화가스의 저장에 바람직한 내구성에 못미치는 상태로 이루어질 수 있다. 따라서 본 실시예는 가로 곡면부(22)와 세로 곡면부(22)를 형성하면서 교차점도 형성한 뒤 교차점 부위를 제거하여, 곡면부(22)의 교차 없이 개구(25a)를 갖는 직선부(25)를 제작할 수 있다.
직선부(25)의 개구(25a)에는 노트부(26)가 마련되어 밀봉될 수 있다. 노트부(26)는 개구(25a)에 밀봉되어 단위 방벽(2a)을 완성하게 된다. 이러한 노트부(26)는 가로 방향의 곡면부(22)와 세로 방향의 곡면부(22)가 교차하는 형상을 가질 수 있다.
노트부(26)는 앞선 직선부(25)의 제조장치와 다른 별도의 제조장치를 이용하여 제작될 수 있으며, 교차점에서의 강도를 충분히 확보할 수 있도록 주물 등으로 제작 가능하다. 이러한 노트부(26)를 직선부(25)의 개구(25a)에 설치하게 되면, 본 실시예의 1차방벽(2)은 제작 시 교차점의 파손 우려를 해소할 수 있고, 교차점에 대한 기계적 또는 열적 내구성을 혁신적으로 향상시킬 수 있다.
이러한 노트부(26)에 마련되는 곡면부(22)는, 노트부(26)가 개구(25a)에 밀봉될 때 직선부(25)의 곡면부(22)와 연속적으로 연결될 수 있다. 즉 직선부(25)의 곡면부(22)는 노트부(26)의 곡면부(22)로 연장되어 노트부(26)에 형성된 교차점에서 교차될 수 있다.
또한 노트부(26)는 개구(25a)를 덮는 크기를 갖도록 마련된다. 너트부가 개구(25a)와 대응되는 크기로 이루어질 경우 개구(25a)와 노트부(26) 사이에서의 가스 누출 우려가 있는 바, 노트부(26)는 1차방벽(2)의 밀봉력을 보장하기 위해, 개구(25a)보다 큰 단면을 가질 수 있다.
이 경우 노트부(26)의 곡면부(22)는, 노트부(26)가 개구(25a)에 밀봉될 때 직선부(25)의 곡면부(22)를 덮는 크기를 갖도록 마련될 수 있다. 또는 반대로, 노트부(26)의 곡면부(22)가 직선부(25)의 곡면부(22) 내에 안착되는 크기를 갖는 것도 가능하다. 다만 전자의 경우 노트부(26)는 직선부(25) 대비 액화가스를 향하는 내측에 적층될 것이고, 후자의 경우 노트부(26)는 직선부(25) 대비 외측에 적층될 수 있다.
또는 노트부(26)는, 교차점 없는 형상으로도 가능하다. 즉 노트부(26)는 직선부(25)의 곡면부(22)와 연속적으로 이어지는 곡면부(22)를 구비하면서도, 가로 및 세로 방향의 곡면부(22)가 상호 교차되기 전에 점진적으로 소멸되는 형태를 가져서 교차점이 없는 형상으로도 제작될 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 1차방벽(2)에 형성된 교차점을 곡면부(22) 제작 시 일체로 제작하는 대신, 곡면부(22) 제작 과정에서의 교차점은 제거해 개구(25a)를 형성한 뒤, 별도로 노트부(26)를 제작해 개구(25a)를 밀봉함으로써, 교차점에서의 밀봉 신뢰도와 구조적 안정성 등을 충분히 확보할 수 있다.
본 발명은 상기에서 설명한 실시예들로 한정되지 않으며, 상기 실시예들의 조합 또는 상기 실시예 중 적어도 어느 하나와 공지 기술의 조합을 또 다른 실시예로서 포함할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
1: 액화가스 저장탱크 2: 1차방벽
2a: 단위 방벽 21: 평면부
22: 곡면부 22a: 제1곡면부
22b: 제2곡면부 22c: 제3곡면부
23: 경계부 24: 돌출구조물
25: 직선부 25a: 개구
26: 노트부 3: 1차단열벽
3b: 고정단열벽 31: 1차플라이우드
32: 1차단열재 3a: 연결단열벽
31a: 연결플라이우드 32a: 연결단열재
33: 보조단열판 34: 함몰부
4: 2차방벽 41: 메인방벽
42: 보조방벽 43: 평면부
44: 주름부 5: 2차단열벽
51: 2차단열재 52: 2차플라이우드
6: 마스틱 7: 선체
8: 레벨링부재 9: 고정부재
91: 돌출부 92: 스터드볼트

Claims (8)

  1. 극저온 물질을 수용하는 수용공간을 형성하는 금속 재질의 1차방벽;
    상기 1차방벽의 외측에 마련되는 1차단열벽;
    상기 1차단열벽의 외측에 마련되는 2차방벽; 및
    상기 2차방벽의 외측에 마련되는 2차단열벽을 포함하며,
    상기 2차방벽은,
    단위 요소를 이루는 상기 2차단열벽 각각의 상부에 마련되는 메인방벽; 및
    이웃하는 상기 메인방벽을 서로 연결하는 보조방벽으로 이루어지고,
    상기 2차방벽은,
    금속과 비금속의 혼합 소재로 이루어지고,
    상기 보조방벽은,
    단위 요소를 이루는 상기 2차단열벽 사이에서 내외 방향으로 돌출 또는 함몰되는 주름부가 마련되며,
    상기 1차방벽은,
    상기 1차 단열벽의 상면에 마련되는 복수 개의 평면부;와 상기 복수 개의 평면부 사이에서 상기 수용공간 쪽으로 곡면을 형성하는 곡면부;를 포함하며,
    상기 곡면부는,
    제1곡률반경을 갖는 제1곡면부, 제2곡률반경을 갖는 제2곡면부 및 제3곡률반경을 갖는 제3곡면부를 포함하며,
    상기 제1곡면부는,
    상기 평면부와 연결되는 제1연결지점과, 상기 제3곡면부와 연결되는 제2연결지점 사이에서 상기 제1곡률반경을 갖는 곡면 형상이며,
    상기 제1연결지점은, 상기 수용공간 측의 제1곡률중심으로부터 상기 제1곡률반경을 갖는 제1원의 곡선과 상기 제1원의 세로 중심선이 교차되는 지점과 동일한 위치이고,
    상기 제2연결지점은, 상기 제1원의 곡선과 상기 제1원의 가로 중심선이 교차되는 지점으로부터 하측으로 30도 각도 이내의 상기 제1원의 곡선 부분에 위치되는, 액화가스 저장탱크.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 보조방벽은,
    상기 수용공간에 액화가스가 저장되기 전 상태 또는 극저온 액화가스로 인해 수축되기 전 상태에서 상기 주름부를 갖도록 마련되는, 액화가스 저장탱크.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 보조방벽은,
    상기 메인방벽에 적층되는 양단에 평면부가 마련되고, 상기 평면부 사이의 중앙 부분에 상기 주름부가 마련되는, 액화가스 저장탱크.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 1차단열벽은,
    상기 2차단열벽, 상기 2차방벽, 상기 1차단열벽의 일부인 고정단열벽이 적층되어 이루는 단위 요소가 이웃하여 배치된 상태에서, 상기 이웃하는 고정단열벽 사이에 마련되는 연결단열벽을 포함하는, 액화가스 저장탱크.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 보조방벽의 상기 주름부는,
    상기 평면부 대비 외측으로 돌출된 형태를 갖고,
    상기 연결단열벽은,
    상기 2차방벽과 마주하는 외면이 평평한 면을 이루는, 액화가스 저장탱크.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 보조방벽의 상기 주름부는,
    적어도 일부분이 상기 평면부 대비 내측으로 돌출된 형태를 갖고,
    상기 연결단열벽은,
    상기 2차방벽과 마주하는 외면에 상기 주름부를 수용하는 함몰부가 형성되는, 액화가스 저장탱크.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 2차방벽은,
    제1부재/알루미늄포일/제2부재가 적층된 구조의 소재로 형성되고,
    상기 제1부재와 상기 제2부재 중 적어도 하나는 글라스직물, 글라스-아라미드직물, 바잘트직물 또는 글라스직물/알루미늄포일/글라스직물인, 액화가스 저장탱크.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 상기 액화가스 저장탱크를 갖는, 선박.
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