KR102499811B1 - 복합 단열재로 이루어진 액화천연가스 저장탱크용 단열박스 구조체 및 이것의 제작 방법 - Google Patents

Abstract

복합 단열재로 이루어진 액화천연가스 저장탱크용 단열박스 구조체 및 이것의 제작 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 복합 단열재로 이루어진 액화천연가스 저장탱크용 단열박스 구조체는, 폐쇄형 셀(closed cell)을 가지며 적어도 2개 이상으로 분할되는 제1 단열재와, 개방형 셀(open cell)을 가지며 상기 분할된 제1 단열재 사이에 삽입되는 제2 단열재로 이루어진 복합 단열재; 및 상기 복합 단열재가 삽입되는 단열박스;를 포함한다.

Description

복합 단열재로 이루어진 액화천연가스 저장탱크용 단열박스 구조체 및 이것의 제작 방법 {INSULATION BOX STRUCTURE FOR LIQUEFIED NATURAL GAS STORAGE TANK WITH COMPOSITE INSULATION AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 복합 단열재로 이루어진 액화천연가스 저장탱크용 단열박스 구조체 및 이것의 제작 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 단열 성능을 향상시키면서도 불활성 가스의 원활한 흐름을 허용하며, 단열박스와 이에 삽입되는 단열재 사이에 간극이 발생하지 않도록 하는 복합 단열재로 이루어진 액화천연가스 저장탱크용 단열박스 구조체 및 이것의 제작 방법에 관한 것이다.

액화천연가스(Liquified Natural Gas, LNG)는 천연가스를 초저온상태(-163

℃)로 액화시킨 것이다. 액화천연가스는 대기압보다 높은 증기압을 가지고 매우 낮은 비등 온도를 가지기 때문에, 이러한 액화천연가스를 안전하게 보관하고 저장하는 저장탱크('화물창'이라고도 함)의 설계가 매우 중요하다.

따라서 액화천연가스 저장탱크의 설계에 있어서, 외부로부터의 열전달에 의한 액화천연가스의 비등을 방지하는 단열기술 및 액화천연가스의 누출을 방지하는 기술이 가장 중요한 비중을 차지하고 있다.

액화천연가스 저장탱크는 단열재에 화물의 하중이 직접적으로 작용하는지 여부에 따라 독립형(Independent Type)과 멤브레인형(Membrane Type)으로 분류할 수 있다.

멤브레인형 액화천연가스 저장탱크는 통상적으로 1차 방벽, 1차 단열박스, 2차 방벽, 2차 단열박스가 순차적으로 결합된 구조이다. 이는 1차 방벽에 소량의 극저온 유체의 누출이 있을 경우, 2차 방벽에서 해당유체의 추가적인 누출을 방지하기 위함이다.

멤브레인형 액화천연가스 저장탱크의 제작에 있어서, 단열박스는 통상적으로 플라이우드(plywood)로 이루어진 단열박스 내부를 복수의 공간으로 구획하고, 각각의 공간에 글라스울(glass wool)을 단열재로 채우는 방식으로 제작된다.

글라스울은 원자재 값은 싸지만 가공 및 운송비가 많이 들고 단열 성능이 다소 떨어진다는 단점이 있다. 따라서 최근 글라스울보다 단열 성능이 뛰어난 페놀릭 폼(Phenolic Foam, PF)를 단열박스의 크기에 맞게 가공하여 글라스울을 대체하려는 시도가 많이 이루어지고 있다.

하지만 개방형 셀(opne cell)인 글라스울과는 달리, 페놀릭 폼은 폐쇄형 셀(closed cell)이기 때문에 투과성이 없다. 따라서 단열박스에 불활성가스를 주입할 때 이를 원활하게 흘려보낼 수 없고, 이로 인해 주입되는 불활성가스의 하중이 집중되는 현상이 발생하여 단열박스에 손상이 발생할 우려가 있다.

또한, 강체(rigid body)를 갖는 페놀릭 폼을 단단한 재질의 단열박스에 넣기 위해서는 페놀릭 폼을 마이너스 공차로 제작해야 하는데, 이렇게 되면 페놀릭 폼과 단열박스 사이에 간극이 발생하여 대류에 의한 열손실이 발생할 수 있다. 더구나 페놀릭 폼의 부피 팽창계수가 플라이우드보다 크기 때문에 저온에서 수축할 경우, 단열박스보다 더 많이 수축하게 되어 이 간극이 더 커지게 된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 페놀릭 폼과 글라스 울의 복합 단열재를 적용함으로써, 단열 성능을 향상시키면서도 불활성 가스의 원활한 흐름을 허용하며, 단열박스와 단열재 사이에 간극이 발생하지 않도록 하는 액화천연가스 저장탱크용 단열박스 구조체 및 이것의 제작 방법을 제공하고자 하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 폐쇄형 셀(closed cell)을 가지며 적어도 2개 이상으로 분할되는 제1 단열재와, 개방형 셀(open cell)을 가지며 상기 분할된 제1 단열재 사이에 삽입되는 제2 단열재로 이루어진 복합 단열재; 및 상기 복합 단열재가 삽입되는 단열박스;를 포함하는, 복합 단열재로 이루어진 액화천연가스 저장탱크용 단열박스 구조체를 제공한다.

상기 제1 단열재는 페놀릭 폼(phenolic foam)이고, 상기 제2 단열재는 글라스 울(glass wool)일 수 있다.

상기 제1 단열재는 직육면체의 블록 형상으로 마련되며, 길이방향, 폭방향, 높이방향으로 각각 적어도 1회 이상 분할될 수 있다.

상기 제2 단열재는 알루미늄으로 코팅될 수 있다.

본 발명에 따른 복합 단열재로 이루어진 액화천연가스 저장탱크용 단열박스 구조체는, 상기 단열박스의 외벽에 형성되어 상기 단열박스 내부로 불활성가스가 주입되는 주입구;를 더 포함하고, 상기 주입구는 상기 단열박스 내에서 상기 제2 단열재가 배치되는 높이에 대응되게 형성될 수 있다.

상기 복합 단열재는 상기 액화천연가스 저장탱크의 1차 단열박스와 2차 단열박스에 각각 삽입되되, 상기 1차 단열박스에 삽입된 복합 단열재와 상기 2차 단열박스에 삽입된 복합 단열재는 서로 수직한 길이방향을 갖도록 마련될 수 있다.

또한, 본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여, 폐쇄형 셀(closed cell)을 가지는 제1 단열재를 적어도 2개 이상으로 분할하는 단계; 및 상기 분할된 제1 단열재와 개방형 셀(open cell)을 가지는 제2 단열재를 교번적으로 단열박스 내에 적층하는 단계;를 포함하되, 상기 제2 단열재는 각각의 분할된 제1 단열재 사이에 삽입되는 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는, 복합 단열재로 이루어진 액화천연가스 저장탱크용 단열박스 구조체의 제작 방법을 제공한다.

본 발명은 폐쇄형 셀을 가진 제1 단열재와 개방형 셀을 가진 제2 단열재를 포함하는 복합 단열재를 단열박스 내에 삽입하여, 제1 단열재에 의하여 단열 성능을 향상시킴과 더불어, 제2 단열재에 의하여 불활성 가스의 원활한 흐름을 허용할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 복합 단열재는 부피 변화가 가능한 제2 단열재를 포함하여, 복합 단열재의 전체 구조가 삽입될 단열박스의 공간보다 플러스 공차로 제작되더라도 제2 단열재의 수축에 의하여 단열박스 내에 용이하게 삽입이 가능하므로, 단열박스와 단열재 사이에 간극이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 복합 단열재를 나타낸 도면이다.
도 2의 (a) 내지 (i)는 본 발명에 따른 복합 단열재가 단열박스에 삽입되는 과정을 순차적으로 나타낸 도면이다.
도 3의 (a) 및 (b)는 본 발명에 따라 제작된 액화천연가스 저장탱크의 1차 단열박스 및 2차 단열박스를 각각 나타낸 도면이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 복합 단열재를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 복합 단열재(100)는 폐쇄형 셀(closed cell)을 가지는 제1 단열재(110)와 개방형 셀(open cell)을 가지는 제2 단열재(120)를 포함하는 구조임을 알 수 있다.

제1 단열재(110)는 적어도 2개 이상으로 분할될 수 있으며, 분할된 제1 단열재(110) 사이에 개방형 셀인 제2 단열재(120)가 삽입될 수 있다.

제1 단열재(110)는 직육면체의 블록 형상을 가질 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이 길이방향, 폭방향, 높이방향(x축, y축, z축 방향)으로 각각 적어도 1회 이상 분할되는 것이 바람직하다. 이에 따르면 분할된 각각의 제1 단열재(110) 또한 직육면체의 블록 형상을 가지게 될 것이다.

제1 단열재(110)는 폐쇄형 셀을 가진 페놀릭 폼(phenolic foam)일 수 있으며, 제2 단열재(120)는 불활성가스의 흐름을 허용하도록 개방형 셀을 가진 글라스 울(glass wool)일 수 있다.

이때 제2 단열재(120)는 형상 유지를 위해 알루미늄(Aluminum)으로 코팅될 수 있다.

이러한 본 발명에 따른 복합 단열재(100)는 페놀릭 폼으로 이루어진 제1 단열재(110)가 대부분의 부피를 차지하기 때문에 단열 성능이 향상될 수 있으며, 이와 동시에 분할된 제1 단열재(110) 사이에 삽입되는 제2 단열재(120)가 개방형 셀로 이루어져 있기 때문에 단열박스에 주입되는 불활성가스의 흐름이 원활하게 허용될 수 있다.

또한, 복합 단열재(100)의 전체 구조가 플러스 공차로 제작되어도, 부피 변화가 가능한 제2 단열재(120)에 의해 수축되어 단열박스에 용이하게 삽입이 가능하며, 추후 액화천연가스의 저온에 의해 수축되더라도 복합 단열재(100)와 단열박스 사이에 간극이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

도 2의 (a) 내지 (i)는 본 발명에 따른 복합 단열재가 단열박스에 삽입되는 과정을 순차적으로 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 복합 단열재(100)는 액화천연가스 저장탱크의 1차 단열박스 및 2차 단열박스에 모두 적용될 수 있으며, 구체적으로는 단열박스 내부에 복수로 구획된 각각의 공간 내에 하나의 단위체를 이루는 복합 단열재(100)가 삽입될 수 있다.

도 2의 (a) 내지 (i)를 참조하여, 복합 단열재(100)가 단열박스 내부에 삽입되는 과정을 순차적으로 설명한다.

도 2의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 단열박스 내부의 하부 모퉁이에 분할된 제1 단열재(110)가 먼저 적층되고, 제1 단열재(110)의 폭방향(y축 방향)으로의 측면에 제2 단열재(120)를 적층한 후, 이를 사이에 두고 빈 공간에 다시 분할된 제1 단열재(110)를 적층한다.

다음으로 도 2의 (d)를 참조하면, 도 2의 (c)까지의 과정에 의해 단열박스의 하부 일부 영역에 채워진 채워진 복합 단열재의 길이방향(x축 방향)으로의 측면에 제2 단열재(120)가 적층된다.

다음으로 도 2의 (e) 내지 (g)를 참조하면, 단열박스 하부의 나머지 빈 영역에 상기 도 2의 (a) 내지 (c)에서 수행했던 과정을 반복함으로써, 단열박스의 하부 영역에의 복합 단열재의 적층이 완료된다.

다음으로 도 2의 (h)를 참조하면, 단열박스의 하부 영역에의 적층이 완료된 복합 단열재의 상측에 2 단열재(120)를 적층하고, 그 상부 공간에 도 2의 (a) 내지 (g)의 과정을 반복함으로써, 단열박스 내부 공간에의 복합 단열재(100)의 적층이 완료된다.

단열박스 내부 공간에의 복합 단열재(100)의 적층이 완료된 상태가 도 2의 (i)에 도시되어 있다. 단열박스 내부 공간에서 상부 영역을 채우는 작업은 하부 영역을 채우는 작업의 반복이므로 도면에서 생략하였다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 복합 단열재(100)는 적어도 2개 이상으로 분할된 제1 단열재(110)와, 분할된 제1 단열재(110) 사이의 공간에 삽입되는 제2 단열재(120)를 포함하는 구조로 마련될 수 있다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 단열재(110)는 x축, y축, z축 방향으로 각각 적어도 1회 이상 분할되는 것이 바람직하며, 이에 따르면 분할된 제1 단열재(110) 블록이 최소 8개가 생성될 수 있다.

그리고 분할된 제1 단열재(110)와 제2 단열재(120)가 교번적으로 단열박스 내에 배치됨에 따라, 본 발명에 따른 복합 단열재(100)가 단열박스 내에 삽입될 수 있다.

도 3의 (a) 및 (b)는 본 발명에 따라 제작된 액화천연가스 저장탱크의 1차 단열박스 및 2차 단열박스를 각각 나타낸 도면이다.

1차 단열박스(200)와 2차 단열박스(300) 내에 복수로 구획된 공간에 본 발명에 따른 복합 단열재(100)가 한 단위체씩 삽입될 수 있음은 앞에서 언급한 바와 같다. 설명의 편의를 위하여 도 3에서는 복합 단열재(100)가 삽입되기 전의 단열박스의 구조만을 도시하였다.

도 3을 참조하면, 본 실시예에서 1차 단열박스(200)와 2차 단열박스(300)에 각각 삽입되는 복합 단열재(100)는 서로 수직한 길이방향을 갖도록 배치될 수 있다.

즉, 1차 단열박스(200)와 2차 단열박스(300)는 단열박스의 내부 공간을 구획하는 수직 보강부재(210, 310)가 서로 수직한 방향으로 형성될 수 있다. 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이, 1차 단열박스(200)의 수직 보강부재(210)는 x축 방향을 따라 형성되며, 2차 단열박스(310)의 수직 보강부재(310)는 y축 방향을 따라 형성될 수 있다. 이는 저장탱크에 저장되는 액화천연가스의 하중을 더욱 견고하게 지지하기 위함이다.

한편, 단열박스의 외벽에는 단열박스 내부로 불활성가스를 주입하기 위한 주입구가 형성될 수 있는데, 주입구는 단열박스 내부에서 제2 단열재(120)가 배치되는 높이에 대응되게 형성되는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

100 : 복합 단열재 110 : 제1 단열재
120 : 제2 단열재

Claims (7)

1. 폐쇄형 셀(closed cell)을 가지며 적어도 2개 이상으로 분할되는 제1 단열재와, 개방형 셀(open cell)을 가지며 상기 분할된 제1 단열재 사이에 삽입되는 제2 단열재로 이루어진 복합 단열재;
   상기 복합 단열재가 삽입되는 단열박스; 및
   상기 단열박스의 외벽에 형성되어 상기 단열박스 내부로 불활성가스가 주입되는 주입구;를 포함하고,
   상기 제1 단열재는 직육면체의 블록 형상으로 마련되되, 길이방향, 폭방향 및 높이방향으로 각각 적어도 1회 이상 분할되며,
   상기 주입구는 상기 단열박스 내에서 상기 제2 단열재가 배치되는 높이에 대응되게 형성되는 것을 특징으로 하는,
   복합 단열재로 이루어진 액화천연가스 저장탱크용 단열박스 구조체.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 단열재는 페놀릭 폼(phenolic foam)이고,
   상기 제2 단열재는 글라스 울(glass wool)인 것을 특징으로 하는,
   복합 단열재로 이루어진 액화천연가스 저장탱크용 단열박스 구조체.
3. 삭제
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 제2 단열재는 알루미늄으로 코팅되는 것을 특징으로 하는,
   복합 단열재로 이루어진 액화천연가스 저장탱크용 단열박스 구조체.
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 복합 단열재는 상기 액화천연가스 저장탱크의 1차 단열박스와 2차 단열박스에 각각 삽입되되, 상기 1차 단열박스에 삽입된 복합 단열재와 상기 2차 단열박스에 삽입된 복합 단열재는 서로 수직한 길이방향을 갖도록 마련되는 것을 특징으로 하는,
   복합 단열재로 이루어진 액화천연가스 저장탱크용 단열박스 구조체.
7. 폐쇄형 셀(closed cell)을 가지는 제1 단열재를 적어도 2개 이상으로 분할하는 단계; 및
   상기 분할된 제1 단열재와 개방형 셀(open cell)을 가지는 제2 단열재를 교번적으로 단열박스 내에 적층하는 단계;를 포함하고,
   상기 제1 단열재는 직육면체의 블록 형상으로 마련되되, 길이방향, 폭방향 및 높이방향으로 각각 적어도 1회 이상 분할되며,
   상기 제2 단열재는 각각의 분할된 제1 단열재 사이에 삽입되는 형태로 배치되고,
   상기 단열박스의 외벽에는 내부로 불활성가스를 주입시키기 위한 주입구가 형성되되, 상기 주입구는 상기 단열박스 내에서 상기 제2 단열재가 배치되는 높이에 대응되게 형성되는 것을 특징으로 하는,
   복합 단열재로 이루어진 액화천연가스 저장탱크용 단열박스 구조체의 제작 방법.

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