KR102599431B1 - 단열 구조 - Google Patents

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오사무 무라기시
료스케 우라구치
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카와사키 주코교 카부시키 카이샤
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Abstract

단열 구조는, 단열 대상면을 덮으며, 서로 이웃하는 적어도 2개의 제1 적층 진공 단열재와; 단열 대상면에 고정된 제1 적층 진공 단열재 간의 경계로부터 돌출되는 고정구와; 경계를 따라서 연장되어 경계를 덮으며 고정구에 삽입관통되는 관통공이 형성된 제2 적층 진공 단열재와; 고정구에 고정되어 제2 적층 진공 단열재 및 상기 제1 적층 진공 단열재를 지지하는 누름판; 을 구비한다.

Description

단열 구조
본 발명은 적층 진공 단열재를 포함하는 단열 구조에 관한 것이다.
종래부터, 단열 대상면을 적층 진공 단열재로 덮는 단열 구조가 알려져 있다. 예를 들면, 특허문헌 1의 도 2에는, 볼트에 의해 적층 진공 단열재를 단열 대상면에 고정하는 단열 구조가 개시되어 있다. 구체적으로, 이 단열 구조에서는, 적층 진공 단열재에 복수의 관통공이 형성됨과 함께, 단열 대상면에 복수의 나사 구멍이 형성되어 있다. 그리고 볼트가 관통공을 통해 나사 구멍에 나사체결 되며, 볼트의 머리부에 결합한 와셔에 의해서 적층 진공 단열재가 지지되어 있다.
일본 실용신안공개 실개소49-132776호 공보
그러나 단열 대상면을 덮는 적층 진공 단열재는 비교적 큰 면적을 가지기 때문에, 이와 같은 넓은 면 형상의 적층 진공 단열재에 정확하게 관통공을 형성하는 것은 어렵다.
그래서 본 발명은, 단열 대상면을 덮는 적층 진공 단열재에 형성되는 관통공의 수를 줄일 수 있는 단열 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 단열 구조는, 단열 대상면을 덮으며, 서로 이웃하는 2개 이상의 제1 적층 진공 단열재와; 상기 단열 대상면에 고정된, 상기 제1 적층 진공 단열재 간의 경계로부터 돌출되는 고정구와; 상기 경계를 따라서 연장되어 상기 경계를 덮으며, 상기 고정구에 삽입관통되는 관통공이 형성된 제2 적층 진공 단열재와; 상기 고정구에 고정되어, 상기 제2 적층 진공 단열재 및 상기 제1 적층 진공 단열재를 지지하는 누름판; 을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의하면, 단열 대상면을 덮는 제1 적층 진공 단열재 간의 경계를 이용하여 고정구가 배치되기 때문에, 넓은 면 형상의 제1 적층 진공 단열재에 설치되는 관통공의 수를 줄일 수가 있다. 게다가, 제2 적층 진공 단열재는 제1 적층 진공 단열재 간의 경계를 따라서 연장되는 띠 형상이므로, 이와 같은 띠 형상의 제2 적층 진공 단열재에는 관통공을 용이하게 형성할 수가 있다.
상기 제1 적층 진공 단열재는, 이것들 사이에 간극이 형성되지 않게 이웃하고 있어도 좋다. 이 구성에 의하면, 제1 적층 진공 단열재 간의 경계로부터 단열 대상면이 노출되지 않기 때문에, 제2 적층 진공 단열재로서 단열 성능이 낮은 것을 사용할 수가 있다.
상기 제1 적층 진공 단열재 각각은, 상기 고정구의 주위에서, 한 쌍의 면 파스너에 의해 상기 단열 대상면에 접합 되어 있어도 좋다. 이 구성에 의하면, 제1 적층 진공 단열재를 단열 대상면에 강고하게 고정할 수가 있다.
상기 한 쌍의 면 파스너는, 상기 누름판과 서로 겹쳐지도록 설치되어 있어도 좋다. 이 구성에 의하면, 한 쌍의 면 파스너에 누름판에 의한 누름 압력이 작용하기 때문에, 한 쌍의 면 파스너들 간의 박리를 방지할 수가 있다.
상기 고정구는, 유리섬유강화 플라스틱으로 이루어져도 좋다. 이 구성에 의하면, 고정구의 강도를 높게 유지하면서 열전도율을 낮게 억제할 수 있기 때문에, 고정구를 통한 열전도가 억제된다.
예를 들면, 상기 고정구는 복수 설치되어 있고, 상기 제2 적층 진공 단열재에는 상기 관통공이 복수 형성되어 있어도 좋다.
상기 제2 적층 진공 단열재는 복수 설치되어 있고, 상기 복수의 제2 적층 진공 단열재 각각은, 상기 복수의 고정구 중 이웃하는 2개의 고정구에 걸치도록 연장되어 있어도 좋다. 이 구성에 의하면, 하나의 제2 적층 진공 단열재에 2개의 관통공이 형성되기 때문에, 제2 적층 진공 단열재의 관통공의 위치와 고정구의 위치를 간단하게 맞출 수가 있다.
3개 이상의 상기 제1 적층 진공 단열재가 특정 방향으로 늘어서 있고, 상기 고정구는, 이웃하는 상기 제1 적층 진공 단열재 간의 각 경계상에 설치되어 있으며, 상기 누름판은 복수 설치되어 있고, 상기 복수의 누름판 각각은, 상기 제1 적층 진공 단열재 각각의 양측에 위치하는 상기 고정구에 맞물림 결합하는 양단부를 가지는 봉형 부재여도 좋다. 이 구성에 의하면, 각 누름판에 의해서 제1 적층 진공 단열재의 중앙 부분도 지지할 수가 있다. 게다가, 각 누름판을 고정구에 고정할 때에는, 누름판의 양단부를 고정구에 맞물림 결합시키기만 하면 되기 때문에, 누름판을 간단하게 고정할 수가 있다.
본 발명에 의하면, 단열 대상면을 덮는 적층 진공 단열재에 형성되는 관통공의 수를 줄일 수가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 단열 구조의 평면도이다.
도 2는, 도 1의 'Ⅱ'로 표시한 부분의 확대도이다.
도 3은, 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선에 따른 단면도이다.
도 4는, 도 2의 Ⅳ-Ⅳ 선에 따른 단면도이다.
도 5는, 변형 예의 단열 구조의 부분적인 평면도이다.
도 1 내지 도 4에, 본 발명의 일 실시형태에 따른 단열 구조를 나타낸다. 이 단열 구조는, 진공 공간에 노출되는 단열 대상면(1)으로의 열 침입 또는 단열 대상면(1)으로부터의 열 방출을 방지하기 위한 것이다.
단열 대상면(1)을 가지는 구조체(11)는, 예를 들면 구형(球形) 또는 원통형의 탱크이다. 이 경우, 단열 대상면(1)은 곡면이다. 예를 들면, 탱크는, 그것들 사이에 진공 공간이 확보되는 내측 탱크 및 외측 탱크를 포함하는 이중각(二重殼) 탱크이고, 단열 대상면(1)은 내측 탱크의 외측면이다. 다만, 단열 대상면(1)은 평평하여도 좋다. 또한, 단열 대상면(1)을 가지는 구조체(11)는, 탱크에 한정되지 않으며 어떤 것이라도 좋다.
본 실시형태에서는, 단열 대상면(1)이 넓기 때문에, 단열 대상면(1)이 3개 이상의 제1 적층 진공 단열재(3)로 덮여 있다. 제1 적층 진공 단열재(3)는, 특정 방향(도 1의 좌우 방향)으로 늘어서 있는 한편 서로 이웃하고 있다. 이웃하는 제1 적층 진공 단열재(3) 간의 각 경계(31)는, 복수의 제2 적층 진공 단열재(4)로 덮여 있다. 여기서, '경계(31)'란, 제1 적층 진공 단열재(3)의 서로 대향하는 변(邊) 사이의 영역을 말한다.
다만, 단열 대상면(1)이 좁은 경우는, 제1 적층 진공 단열재(3)는 2개 이상이 설치되어 있으면 좋다. 이 경우, 제2 적층 진공 단열재(4)는 하나만 설치되어 있어도 좋다.
각 제1 적층 진공 단열재(3)는, 넓은 면 형상이다. 더 상세하게는, 각 제1 적층 진공 단열재(3)는, 상기 특정 방향과 직교하는 방향으로 긴 직사각형이다. 바꾸어 말하면, 제1 적층 진공 단열재(3)는, 폭 방향으로 늘어서 있다. 한편, 각 제2 적층 진공 단열재(4)는, 경계(31)를 따라서 연장되는 띠 형상이다. 다만, 각 제1 적층 진공 단열재(3)의 형상은, 반드시 직사각형일 필요는 없고, 예를 들면 삼각형이나 사다리꼴 등이어도 좋다.
제1 적층 진공 단열재(3) 및 제2 적층 진공 단열재(4) 각각은, 예를 들면, 복사 실드 필름과 스페이서가 교대로 적층된 구조를 가진다. 복사 실드 필름은, 예를 들면 수지 시트의 표면에 알루미늄(금 또는 은이어도 좋다)을 증착시키는 것에 의해 형성된다. 스페이서는, 열전도율이 낮은 시트이다. 이러한 시트로서는, 수지제의 네트, 직포, 부직포 등이나, 종이, 유리섬유재 등을 이용할 수 있다.
이웃하는 제1 적층 진공 단열재(3) 간의 각 경계(31) 상에는, 복수의 고정구(2)가 설치되어 있다. 각 고정구(2)는, 단열 대상면(1)에 고정되어 있고, 경계(31)로부터 돌출되어 있다.
본 실시형태에서는, 제1 적층 진공 단열재(3)가 그것들 사이에 간극이 형성되지 않게 이웃하고 있다. 바꾸어 말하면, 제1 적층 진공 단열재(3)의 끝 면끼리 면접촉하고 있다. 이 때문에, 후술하는 누름판(5)을 고정구(2)에 고정하기 전은, 도 4에 2점 쇄선으로 나타낸 것처럼, 각 고정구(2)가 존재하는 위치에서, 제1 적층 진공 단열재(3)의 단부가 솟아올라 있다. 이와 같이 솟아오른 제1 적층 진공 단열재(3)의 단부는, 누름판(5)을 고정구(2)에 고정하는 것에 의해 평활화된다.
각 고정구(2)는, 단열 대상면(1)으로부터 수직으로 연장되는 봉형 부재이다. 또한, 본 실시형태에서는, 각 고정구(2)가 유리섬유강화 플라스틱(GFRP)으로 이루어진다. 이 때문에, 단열 대상면(1)에는, 각 고정구(2)에 대응하는 위치에, 고정 플레이트(12)가 접합 되어 있다. 예를 들면, 고정 플레이트(12)는, 용접 또는 나사 고정에 의해 단열 대상면(1)에 접합된다.
고정 플레이트(12)는, 대략 정사각형 형상을 이루어 있고, 그 중심에는 나사 구멍(13)이 형성되어 있다. 다만, 고정 플레이트(12)가 생략되고, 나사 구멍(13)이 단열 대상면(1)에 직접 형성되어 있어도 좋다. 한편, 고정구(2)의 일단에는, 나사 구멍(13)과 나사 결합하는 나사산이 형성되어 있다.
다만, 각 고정구(2)는, 반드시 나사 구조에 의해 단열 대상면(1)에 고정되어 있을 필요는 없다. 예를 들면, 각 고정구(2)의 일단에 플랜지가 형성되고, 이 플랜지가 고정 플레이트(12)와 단열 대상면(1)에 끼워져도 좋다. 또한, 각 고정구(2)는, 반드시 GFRP로 이루어질 필요는 없다. 예를 들면, 각 고정구(2)가 금속으로 이루어질 경우는, 각 고정구(2)가 용접에 의해 단열 대상면(1)에 고정되어도 좋다.
각 제2 적층 진공 단열재(4)는, 경계(31)를 따라서 이웃하는 2개의 고정구(2)에 걸치도록 연장되어 있다. 이 때문에, 각 고정구(2)의 주위에서는, 이웃하는 제2 적층 진공 단열재(4)의 단부끼리 서로 겹쳐져 있다. 각 제2 적층 진공 단열재(4)의 양단부에는, 고정구(2)에 삽입관통되는 관통공(41)이 형성되어 있다.
이웃하는 제2 적층 진공 단열재(4)의 단부끼리는, 한 쌍의 면(面) 파스너(fastener)(63, 64)에 의해 접합 되어 있다(도 2에서는, 도면의 간략화를 위해 면 파스너(63, 64)의 도시를 생략하였음). 본 실시형태에서는, 단열 대상면(1)이 극저온이 되는 것을 상정하고 있다. 이러한 극저온의 환경에서는, 접착제를 사용할 수 없다. 이 때문에, 면 파스너(63, 64) 각각은, 봉합에 의해 제2 적층 진공 단열재(4)에 부착되어 있다.
고정구(2)에는, 제1 적층 진공 단열재(3) 및 제2 적층 진공 단열재(4)를 지지하는 복수의 누름판(5)이 고정되어 있다. 각 누름판(5)은, 각 제1 적층 진공 단열재(3)의 양측에 위치하는 고정구(2)에 맞물림 결합하는 양단부를 가지는 봉형 부재이다. 각 누름판(5)은, 예를 들면 금속으로 이루어진다. 본 실시형태에서는, 고정구(2)가 상기 특정 방향으로도 늘어서 있기 때문에, 각 누름판(5)은 상기 특정 방향으로 연장되어 있다. 다만, 이웃하는 경계(31)에서 고정구(2)의 위치가 어긋나 있고, 각 누름판(5)이 비스듬하게 연장되어 있어도 좋다.
각 고정구(2)의 주위에서는, 이웃하는 누름판(5)의 단부끼리 서로 겹쳐져 있다. 각 누름판(5)의 양단부에는, 고정구(2)에 삽입관통되는 관통공이 형성되어 있다. 다만, 각 누름판(5)의 양단부에는, 관통공 대신에 고정구(2)와 끼워 맞춰지는 절결(切缺;notch)이 형성되어 있어도 좋다.
본 실시형태에서는, 각 누름판(5)이, 너트(72)에 의해 고정구(2)에 고정되어 있다. 너트(72)는, 각 고정구(2)의 타단에 형성된 나사산과 나사결합하고 있다. 또한, 누름판(5)과 너트(72) 사이에는 와셔(71)가 끼워져 있다.
다만, 누름판(5)을 고정구(2)에 고정하는 방법으로서는, 반드시 너트(72)를 이용할 필요는 없고, 다양한 방법이 채용 가능하다. 예를 들면, 고정구(2)에 둘레방향으로 연속하는 환형 홈이 형성되어 있고, 누름판(5)의 삽입공에, 그 환형 홈에 끼워지는 맞물림 결합편이 형성되어 있어도 좋다. 또한, 고정구(2)가 머리부를 가지는 볼트일 경우에는, 그 머리부에 의한 가압에 의해서 누름판(5)이 고정구(2)에 고정되어도 좋다.
각 고정구(2)의 주위에서는, 각 제1 적층 진공 단열재(3)가 한 쌍의 면 파스너(61, 62)에 의해 단열 대상면(1)에 접합 되어 있다. 면 파스너(61, 62)는, 누름판(5)과 서로 겹쳐지도록 설치되어 있다. 본 실시형태에서는, 한쪽의 면 파스너(61)가 나사 고정에 의해 고정 플레이트(12)를 사이에 두고 단열 대상면(1)에 부착되어 있고, 다른 한쪽의 면 파스너(61)가 봉합에 의해 제1 적층 진공 단열재(3)에 부착되어 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 단열 구조에서는, 단열 대상면(1)을 덮는 제1 적층 진공 단열재(3) 간의 경계(31)를 이용하여 고정구(2)가 배치되므로, 넓은 면 형상의 제1 적층 진공 단열재(3)에 형성되는 관통공의 수를 줄일 수가 있다(본 실시형태에서는 영(zero)으로 한다). 게다가, 제2 적층 진공 단열재(4)는 제1 적층 진공 단열재(3) 간의 경계(31)를 따라 연장되는 띠 형상이므로, 이러한 띠 형상의 제2 적층 진공 단열재(4)에는 관통공(41)을 용이하게 형성할 수가 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 각 고정구(2)가 GFRP로 이루어지므로, 고정구(2)의 강도를 높게 유지하면서 열전도율을 낮게 억제할 수 있다. 이 때문에, 고정구(2)를 통한 열전도가 억제된다.
또한, 본 실시형태에서는, 각 누름판(5)이 각 제1 적층 진공 단열재(3)를 횡단하도록 연장되어 있으므로, 각 누름판(5)에 의해서 제1 적층 진공 단열재(3)의 중앙 부분도 지지할 수가 있다. 게다가, 각 누름판(5)을 고정구(2)에 고정할 때에는, 누름판(5)의 양단부를 고정구(2)에 맞물림 결합시키기만 하면 되기 때문에, 누름판(5)을 간단하게 고정할 수가 있다.
(변형 예)
본 발명은 상술한 실시형태로 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능하다.
예를 들면, 각 누름판(5)은, 3개 이상의 고정구(2)에 걸치는 길이의 봉형 부재여도 좋다. 또한, 봉형 부재인 누름판(5)은, 하나의 제1 적층 진공 단열재(3)의 중앙 부근에서 'X' 자 모양으로 교차하도록 배치되어 있어도 좋다.
또한, 각 누름판(5)은 반드시 봉형 부재일 필요는 없고, 도 5에 나타낸 바와 같이, 각 누름판(5)이 원반형이어도 좋다. 또한, 도시는 생략하였지만, 누름판(5)은, 예를 들면 이웃하는 2개의 제1 적층 진공 단열재(3)를 덮는, 가로 3개 세로 2개의 고정구(2)에 고정되는 하나의 그물망(mesh) 부재(예를 들면, 익스펜드 메탈(expanded metal), 펀칭 메탈(punching metal)이어도 좋다. 그물망 부재는, 3개 이상의 제1 적층 진공 단열재(3)를 덮는 크기를 가지고 있어도 좋다. 혹은, 각 고정구(2)는, 단열 대상면(1)에 장착된 금속용구에 묶을 수 있는 결속 밴드이어도 좋고, 구부러진 금속편이어도 좋다.
또한, 제2 적층 진공 단열재(4)는, 제1 적층 진공 단열재(3) 간의 경계(31)와 동일한 길이를 가지고, 제2 적층 진공 단열재(4)에 3개 이상의 관통공(41)이 형성되어 있어도 좋다. 다만, 상기 실시형태와 같이, 하나의 경계(31)에 대해서 복수의 제2 적층 진공 단열재(4)가 설치되어 있고, 하나의 제2 적층 진공 단열재(4)에 2개의 관통공(41)이 형성되어 있으면, 제2 적층 진공 단열재(4)의 관통공(41)의 위치와 고정구(2)의 위치를 간단하게 맞출 수가 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 각 제1 적층 진공 단열재(3)가 각 고정구(2)의 주위에서 한 쌍의 면 파스너(61, 62)에 의해 단열 대상면(1)에 고정되어 있었지만, 면 파스너(61, 62)는 생략 가능하다. 면 파스너(61, 62)가 없어도, 누름판(5)의 가압에 의해서 제1 적층 진공 단열재(3)가 단열 대상면(1)에 고정되기 때문이다. 다만, 면 파스너(61, 62)가 있으면, 제1 적층 진공 단열재(3)를 단열 대상면(1)에 강고하게 고정할 수가 있다. 게다가, 상기 실시형태에서는, 면 파스너(61, 62)가 누름판(5)과 서로 겹쳐지도록 설치되어 있으므로, 면 파스너(61, 62)에 누름판(5)에 의한 누름 압력이 작용한다. 이 때문에, 면 파스너(61, 62)들 간의 박리를 방지할 수가 있다.
또한, 제1 적층 진공 단열재(3)들 사이에는 간극이 형성되어 있어도 좋다. 다만, 상기 실시형태와 같이 제1 적층 진공 단열재(3)들 간에 간극이 형성되지 않으면, 제1 적층 진공 단열재(3)들 간의 경계(31)에서 단열 대상면(1)이 노출되지 않기 때문에, 제2 적층 진공 단열재(4)로서 단열성능이 낮은 것을 사용할 수가 있다.
본 발명은, 탱크뿐만 아니라, 예를 들면 우주 구조물 등에도 널리 적용 가능하다.
1 : 단열 대상면
2 : 고정구
3 : 제1 적층 진공 단열재
31 : 경계
4 : 제2 적층 진공 단열재
41: 관통공
5 : 누름판
61~64 : 면 파스너

Claims (8)

  1. 단열 대상면을 덮으며, 서로 이웃하는 2개 이상의 제1 적층 진공 단열재와,
    상기 단열 대상면에 고정된, 상기 제1 적층 진공 단열재 간의 경계로부터 돌출되는 고정구와,
    상기 경계를 따라서 연장되어 상기 경계를 덮으며, 상기 고정구에 삽입관통되는 관통공이 형성된 제2 적층 진공 단열재와,
    상기 고정구에 고정되어, 상기 제2 적층 진공 단열재 및 상기 제1 적층 진공 단열재를 지지하는 누름판을 구비하는 것을 특징으로 하는 단열 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 적층 진공 단열재는, 그것들 사이에 간극이 형성되지 않게 이웃하고 있는 것을 특징으로 하는 단열 구조.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 적층 진공 단열재 각각은, 상기 고정구의 주위에서, 한 쌍의 면 파스너에 의해 상기 단열 대상면에 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 단열 구조.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 한 쌍의 면 파스너는, 상기 누름판과 서로 겹쳐지도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 단열 구조.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 고정구는, 유리섬유강화 플라스틱으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 단열 구조.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 고정구는 복수 설치되어 있고,
    상기 제2 적층 진공 단열재에는 상기 관통공이 복수 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 단열 구조.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 적층 진공 단열재는 복수 설치되어 있고, 상기 복수의 제2 적층 진공 단열재 각각은, 상기 복수의 고정구 중 이웃하는 2개의 고정구에 걸치도록 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 단열 구조.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    3개 이상의 상기 제1 적층 진공 단열재가 상기 단열 대상면을 덮는 방향으로 늘어서 있고, 상기 고정구는, 이웃하는 상기 제1 적층 진공 단열재 간의 각 경계상에 설치되어 있으며,
    상기 누름판은 복수 설치되어 있고, 상기 복수의 누름판 각각은, 상기 제1 적층 진공 단열재 각각의 양측에 위치하는 상기 고정구에 맞물림 결합하는 양단부를 가지는 봉형 부재인 것을 특징으로 하는 단열 구조.
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