KR102589466B1 - 화물창의 단열시스템용 플라이우드 및 이를 포함하는 플라이우드 부재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LNG 등의 초저온 액체 화물을 저장하는 화물창의 단열을 위해 구비되는 패널 형태의 단열벽의 수직적 강성을 보강하기 위한 부재로서, 복수의 베니어(veneer)가 적층된 플라이우드(plywood)를 포함하되, 상기 플라이우드의 함수율을 3% 이하로 건조시켜 조정한 것을 특징으로 하는 화물창의 단열시스템용 플라이우드 부재로서, 본 발명의 플라이우드 부재에 의하면, 화물창의 단열시스템에서 플라이우드를 통한 열전달을 줄일 수 있다.

Description

화물창의 단열시스템용 플라이우드 및 이를 포함하는 플라이우드 부재{PLYWOOD FOR INSULATION SYSTEM OF LNG CARGO AND PLYWOOD MEMBRER}

본 발명은 LNG 등의 초저온 유체를 선체에 저장하기 위한 화물창의 단열시스템에 적용되는 플라이우드(plywood) 및 이를 포함하는 플라이우드 부재에 관한 것이다.

천연가스(natural gas)는 메탄(methane)을 주성분으로 하고, 소량의 에탄(ethane), 프로판(propane) 등을 포함하는 화석연료로서, 최근 다양한 기술 분야에서 저공해 에너지원으로서 각광받고 있다.

천연가스는, 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는 액화된 액화천연가스(LNG)의 상태로 LNG 수송선에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다. 액화천연가스는 천연가스를 극저온(대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태의 천연가스일 때보다 그 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.

액화천연가스 운반선에는 천연가스를 냉각하여 액화시킨 액화천연가스를 보관 및 저장할 수 있는 화물창(cargo, 저장탱크라고도 함)이 구비된다. 액화천연가스의 끓는점은 대기압에서 약 -163℃ 정도이므로, 액화천연가스의 화물창은 액화천연가스를 안전하게 보관하고 저장하기 위해 알루미늄강, 스테인리스강, 35% 니켈강 등과 같은 초저온에 견딜 수 있는 재료로 제작될 수 있으며, 열응력 및 열수축에 강인하고, 열침입을 막을 수 있는 구조로 설계된다.

LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 수요처에 LNG를 하역하기 위한 LNG 수송선, LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 수요처에 도착한 후 저장된 LNG를 재기화하여 천연가스 상태로 하역하는 LNG RV(Regasification Vessel), 최근에는 LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading)나 LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)와 같은 부유식 해상 구조물에도 LNG 수송선이나 LNG RV에 설치되는 저장탱크가 포함된다.

이와 같이 LNG와 같은 액체화물을 해상에서 수송하거나 보관하는 LNG 수송선, LNG RV, LNG FPSO, LNG FSRU 등의 해상 구조물 내에 구비되는 저장탱크는 LNG를 극저온 상태로 저장하기 위하여 단열시스템이 구축되어야 하고, 저장된 LNG는 -163℃ 이상으로 기온이 올라가면 즉시 기화가 이루어지고, 저장탱크에서 LNG의 기화량이 증가하면 폭발 등의 위험이 발생하게 되기 때문에 화물창의 단열성능은 매우 중요한 사항이다.

도 1은 일반적인 멤브레인형 화물창의 단열구조를 개략적으로 도시한 것이다. 기본적으로 단열시스템은 플라이우드로 된 단열 박스(1,2)의 내부 공간에 펄라이트나 폴리우레탄 폼과 같은 단열재와 불활성 가스가 채워진 단열벽(4)에 의해 단열 성능이 보장되고, 다수의 패널이 적층되는 단열벽이 수직 방향으로 받게 되는 하중을 견딜 수 있는 강성을 유지시키기 위해 플라이우드 수직부재(3)가 배열되게 된다.

단열시스템에 이렇게 필수적으로 구비되어야 하는 플라이우드는 액체 화물의 로딩에 따른 하중을 견디기 위해서 충분한 강도로 제작되어야 하는데, 정작 단열시스템의 단열 성능에는 저해가 되는 문제가 있었다.

즉, 단열시스템은 단열성능이 강성 못지 않게 중요한 사항인데, 플라이우드 박스나 수직 부재를 통한 열의 전달이 50%에 달하는 것으로 나타났다.

그런데, 종래에는 단열시스템의 단열성능에 관해서, 단열시스템의 구조적인 문제에만 관심이 있었고, 이와 같은 플라이우드를 통한 열전달에 대해서는 크게 주목하지 못하였다.

이는 종래에는 BOR(Boil-Off Rate)에 대한 관심이 크게 없었기 때문이기도 하다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출될 것으로서, 본 발명은 화물창의 단열시스템에 사용되는 플라이우드를 통한 열전달을 줄일 수 있는 플라이우드 및 이를 포함하는 플라이우드 부재를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 화물창의 단열시스템용 플라이우드 부재는, LNG 등의 초저온 액체 화물을 저장하는 화물창의 단열을 위해 구비되는 패널 형태의 단열벽의 수직적 강성을 보강하기 위한 부재로서, 복수의 베니어(veneer)가 적층된 플라이우드(plywood)를 포함하되, 상기 플라이우드의 함수율을 3% 이하로 건조시켜 조정한 것을 특징으로 한다.

보다 구체적으로는, 상기 플라이우드의 함수율은 2~3%로 제작되는 것을 특징으로 한다.

이러한 상기 플라이우드는 진공 상태에서 건조되어 제작되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 플라이우드의 양면에 형성되는 발수코팅층을 더 포함할 수 있다.

상기 발수코팅층은 라텍스 왁스 또는 폴리우레탄 폼으로 도포되는 것을 구체적인 특징으로 한다.

다음으로, 본 발명에 의한 화물창의 단열시스템용 플라이우드는, 복수의 베니어(veneer)가 적층되어 마련되고, 함수율이 3% 이하로 건조 제작됨으로써, LNG 등의 초저온 액체 화물을 저장하는 화물창의 단열시스템용으로서 적용된다.

본 발명의 화물창의 단열시스템용 플라이우드 및 이를 포함하는 플라이우드 부재에 의하면, 기존 플라이우드보다 함수율을 최대한 낮춤으로써, 플라이우드를 통한 열 전도율을 획기적으로 떨어뜨려 플라이우드를 통한 열 전달을 최소화할 수 있다.

그에 따라, 본 발명의 플라이우드가 적용되는 단열시스템의 단열성능이 플라이우드로 인해서 저해가 되지 않도록 한다.

플라이우드를 통한 열 전달을 최소화함으로써 화물창의 단열성능이 우수해져, 저장탱크에서의 BOR을 감소시킬 수 있어 저장탱크 및 선체의 안전성이 커진다.

또한, 플라이우드의 함수율이 낮아짐에 따라 그 강성은 더욱 보강이 되고, 동일한 강성에 대해서 그 두께를 줄일 수 있어, 궁극적으로 단열시스템 및 선박의 무게를 가볍게 할 수 있고 제조 비용을 절감시킬 수가 있다.

그리고, 두께가 감소되는 결과로서 그만큼 단열재의 보충이 가능하기 때문에 그러할 경우 단열 성능은 보다 더 향상될 수가 있다.

도 1은 일반적인 멤브레인형 화물창의 단열 구조을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 의한 화물창의 단열시스템용 플라이우드 부재를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 제작된 플라이우드에 라텍스 왁스가 발수 코팅된 플라이우드 부재에 관한 것이다.
도 4는 제작된 플라이우드에 폴리우레탄 폼이 발수 코팅된 플라이우드 부재에 관한 것이다.

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.

도 2는 본 발명에 의한 화물창의 단열시스템용 플라이우드 부재를 개략적으로 도시한 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기로 한다.

본 발명에 의한 화물창의 단열시스템용 플라이우드 부재는 단열벽 구성을 위한 플라이우드 박스 또는 단열벽 내에 배열되는 수직 부재로서 배치되어, 단열벽의 수직적 강성을 유지시킴으로써 단열벽이 화물창 내의 화물로 인한 하중을 견딜 수 있도록 강성을 보강하는 용도로 사용된다.

이러한 단열벽 내에 배치되는 플라이우드(plywood)는 강성 유지를 위한 자체 강도 뿐 아니라, 단열벽의 단열성능 유지를 위해서도 중요하게 작용한다.

왜냐하면, LNG 등을 저장하기 위한 저장탱크는 화물의 특성상 단열 유지가 무엇보다 중요시되고, 저장된 LNG의 온도가 상승되어 BOR(boil-off rate)이 증가하게 되면 기화된 LNG로 인해서 폭발 등으로 인해서 LNG의 유출 위험과 선체의 안전 위험이 있기 때문인데, 종래에는 저장탱크의 BOR의 관리에 대해 주목하지 못하였고, 또한 BOR의 증가 문제를 플라이우드와 관련지어 파악하지 못하였다.

그런데, 기존에 단열시스템용의 플라이우드를 통한 저장탱크 내의 열 유입은 전체 열 유입에 대해서 50%에 달하는 것으로 나타나고 있는데, 결국 플라이우드를 통한 열의 유입 정도는 플라이우드의 열 전도율에 관계하고, 플라이우드의 열 전도율은 플라이우드의 함수율(moisture content)에 관계한다.

플라이우드 함수율의 열 전도율과의 관계는 다음 그래프로 설명된다.

[그림 1]

함수율(moisture content)이란 목재의 건조 중량에 대한 수분 중량의 비율을 뜻하는 것으로서, 나무를 벌복, 가공한 제제목은 일정한 함수율을 가지게 되고, 적당한 수분이 내포되어 있어야 제제목이 사용되는 실내 습도가 일정하게 유지될 수 있기 때문에 통상적인 범위 내에서의 건조에 의해 제작되게 된다.

즉, 자연상태의 목재(함수율 30~200%)를 벌목해서 가공하면 일정한 함수율(MC)을 갖게 되고, 자연상태에서 가공을 거친 제제목은 이를 수분에 장기간 노출시키지 않는다면 가공된 함수율이 그대로 유지되게 된다.

기존에 화물창의 단열시스템에 사용되는 플라이우드의 함수율은 대략 7~10% 수준이었고, 그에 따라 플라이우드를 통해 일정한 정도의 열 전달이 이루어지게 된다.

또한, 플라이우드는 박스 제작, 설치, 운반, 적치 등의 과정을 거치면서 습도 관리가 엄격하게 이루어지지 못하면, 함수율이 증가하게 된다.

나아가, 제작된 플라이우드가 단열시스템에 적용되는 경우에, 그 적용되는 환경은 극저온 상태의 환경에서 지속적으로 사용되기 때문에 플라이우드의 함수율이 서서히 증가될 수가 있다.

본 발명은 플라이우드의 함수율에 따른 열 전달율과의 관계에 착안하여, 플라이우드의 함수율이 3% 이하가 되도록 제작하여 본 발명의 목적을 달성하였고, 보다 바람직하게는 2~3% 수준으로 제작한다.

이는 플라이우드 제조 이전에 베니어를 건조시킨 후 플라이우드를 제조할 수도 있고, 플라이우드를 제조한 후 이를 건조시킴으로써 제작될 수 있는데, 건조는 항온항습실에서 자연 건조에 의할 수도 있으며, 진공 챔버 내의 진공 환경에서 빠른 건조를 수행하여 함수율을 조정할 수도 있다.

진공 환경에서는 물의 끓는 점이 상온 이하로 낮아져서 건조 공정을 보다 짧게 할 수 있다.

그리고, 제작된 플라이우드(110)에 발수코팅층(120)을 형성시켜 플라이우드 부재(100)를 제작함으로써, 본 발명에 의한 플라이우드 부재가 설치, 운반 등의 과정을 거침에도 최초 함수율을 안정적으로 유지할 수 있게 하고, 플라이우드 부재의 극한 적용 환경에서도 조정 관리한 플라이우드(110)의 함수율이 그대로 유지될 수 있도록 한다.

즉, 발수코팅층은 저장탱크 내의 단열시스템에서 저온으로 인해서 발생되는 수분이 번져서 플라이우드에 함유되지 않고, 쉽게 떨어져 나갈 수 있게 하여 단열벽에 의해서 흡수될 수 있게 하고, 그에 의해서 플라이우드의 함수율 유지를 극한 상황에서도 가능할 수 있게 한다.

이러한 발수코팅층은 위와 같이 플라이우드의 함수율 조정을 완전히 마친 후에 형성시키고, 이는 라텍스 왁스 또는 폴리우레탄 폼으로 이루어질 수 있다.

도 3은 라텍스왁스 층이 형성된 것을 나타낸 것이고, 도 4는 폴리우레탄 폼 층이 형성된 것을 나타낸 것으로, 이는 스프레이 도포함으로써 마련될 수 있다.

폴리우레탄 폼을 이용하여 코팅을 할 경우, 상기 폴리우레탄 폼의 표면에 수분, 기름 먼지 등의 이물질을 제거하여야 하고, 빈 공간이나 흠집이 없는 상태에서 코팅을 할 수 있다. 이러한 코팅층은 폴리우레탄 폼을 분사하여 2시간 이상 고착시킨 후, 2차로 방수 코팅을 할 수 있다.

라텍스 왁스를 이용하여 코팅을 할 경우에는, 브러쉬를 활용할 수 있다.

이와 같이 본 발명에 의한 플라이우드의 함수율을 3% 이하로 제작하고, 사용중에도 이를 유지시킴으로써, 이를 통한 열 유입을 최소화할 수 있어 단열시스템의 단열성능 유지에 도움이 되고, 또한 BOR을 최대한 줄일 수 있어 저장탱크 및 선체의 안전성에 기여할 수 있다.

또한, 플라이우드의 함수율이 낮아짐에 따라 그 강성은 더욱 보강이 되고, 동일한 강성에 대해서 그 두께를 줄일 수 있어, 궁극적으로 단열시스템 및 선박의 무게를 가볍게 할 수 있고 제조 비용을 절감시킬 수가 있다.

그리고, 두께가 감소되는 결과로서 그만큼 단열재의 보충이 가능하기 때문에 그러할 경우 단열 성능은 보다 더 향상될 수가 있다.

플라이우드의 함수율에 따른 강도의 관계는 그림 2, 그림 3의 그래프를 통해 알 수가 있다.

[그림 2]

[그림 3]

이와 같이 플라이우드의 함수율을 본 발명의 바람직한 실시예에 의해 2~3% 수준으로 유지시키면, 기존 7~10% 수준의 플라이우드에 비해서 열전도율이 약 7% 감소되고, 그 강도 또한 약 20~ 30% 증가됨을 알 수 있었으며, BOR 또한 약 3~5% 줄일 수 있음을 확인할 수 있었다.

이상과 같은 본 발명의 플라이우드가 적용되는 저장탱크는 LNG, LPG 등과 같은 저온 액화가스로서, 본 발명의 플라이우드 부재는 이러한 액화가스를 저장할 수 있도록 화물창이 마련된 선박 또는 특수 선박의 화물창 단열 구조에 적용될 수 있다. 이러한 선박은 예를 들어 LNG 운반선(LNGC)일 수 있다.

특히, LNG는 약 -163℃의 극저온이므로, 열 유입에 민감한 LNG가 저장되는 화물창에는 열 출입을 차단하기 위하여 단열시스템이 매우 중요한데, 이를 위해 멤브레인형 저장탱크의 경우, 선체 내벽과의 사이에 열 출입을 차단할 수 있도록 이중의 단열 박스를 마련하고, 단열 박스 사이에는 액밀성을 위해 멤브레인을 마련한다. 단열 박스 내부에는 구조적 강성을 부여하고 좌굴 강도를 높이기 위해 수직 부재가 마련되는데, 본 실시예의 플라이우드 부재는 그러한 단열 박스의 외벽 및 수직 부재 등에 적용될 수 있는 것이다.

이상과 같은 본 발명에 의한 화물창의 단열시스템용 플라이우드 및 이를 포함하는 플라이우드 부재는 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 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: 플라이우드 부재
110: 플라이우드
120: 발수코팅층

Claims (8)

1. LNG 등의 초저온 액체 화물을 저장하는 화물창의 단열을 위해 구비되는 패널 형태의 단열벽의 수직적 강성을 보강하기 위한 부재로서,
   복수의 베니어(veneer)가 적층된 플라이우드(plywood)를 포함하되,
   상기 플라이우드의 함수율을 3% 이하로 건조시켜 조정한 것을 특징으로 하며,
   상기 플라이우드의 양면에 도포되는 발수코팅층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
   화물창의 단열시스템용 플라이우드 부재.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 플라이우드의 함수율은 2~3%로 제작되는 것을 특징으로 하는,
   화물창의 단열시스템용 플라이우드 부재.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 플라이우드는 진공 상태에서 건조되어 제작되는 것을 특징으로 하는,
   화물창의 단열시스템용 플라이우드 부재.
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 발수코팅층은 라텍스 왁스 또는 폴리우레탄 폼으로 도포되는 것을 특징으로 하는,
   화물창의 단열시스템용 플라이우드 부재.
6. 삭제
7. LNG 등의 초저온 액체 화물을 저장하는 화물창의 단열을 위해 구비되는 패널 형태의 단열벽의 수직적 강성을 보강하기 위한 플라이우드 부재를 제작하는 방법으로서,
   복수의 베니어가 적층된 플라이우드를 건조시켜 함수율을 3% 이하로 조정하는 단계; 및
   상기 함수율 조정을 완전히 마친 이후 상기 플라이우드의 양면에 발수코팅층을 도포하는 단계를 포함하는,
   화물창의 단열시스템용 플라이우드 부재 제작 방법.
8. 청구항 7항에 있어서,
   상기 조정하는 단계에서는 상기 플라이우드를 진공 건조시키는 것을 특징으로 하는,
   화물창의 단열시스템용 플라이우드 부재 제작 방법.

Images