KR20040016845A - 격납 구조 및 격납 구조의 제조 방법 - Google Patents

격납 구조 및 격납 구조의 제조 방법 Download PDF

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KR20040016845A
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피츠패트릭피.존
스테닝데이비드지.
크랜제임스에이.
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윌리엄스 에너지 마케팅 앤드 트레이딩 캄파니
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Abstract

본 발명은 특수한 방식으로 감겨져서 겹쳐 쌓여있는 작은 직경의 강 파이프로 형성된 선박의 가스 저장 및 수송 시스템에 관한 것이다. 상기 시스템은, 2차적인 격납 시스템 내에 격납될 때, 바지선의 윗면 또는 선박의 화물칸 내부에서 사용하기에 적합하다. 다양한 방식의 겹쳐 쌓기 및 감기로 감긴 파이프가 개시되어 있다. 파이프를 만들기 위한 특수한 재료 또한 개시되어 있다.

Description

격납 구조 및 격납 구조의 제조 방법{CONTAINMENT STRUCTURE AND METHOD OF MANUFACTURE THEREOF}
본 발명은 특히 압축 가스의 해양 가스 수송에 관한 것이다. 기존의 해양 가스 수송 시스템의 복잡성으로 인해 많은 비용이 수반되었기 때문에, 많은 설계가 비경제적이었다. 따라서 많은 양의 압축 가스를 보유할 수 있고, 복잡한 매니폴드 및 밸브의 시스템을 단순화할 수 있고, 제조 비용도 절감할 수 있는 압축 가스용 저장 시스템을 형성할 필요가 있다. 이러한 특수한 시스템은 상기 3 가지 요건을 모두 충족시키도록 형성된다. 본 명세서에 기술된 구조는 1998년 11월 24일자로 발행된 미국특허 제5,839,383호에 개시된 구조에 대한 개량형이다.
본 발명은 특히 압축 천연 가스의 해양 수송 및 저장을 위한 격납 구조 및 격납 구조의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예는 도면을 참고하여 기술되며, 실시예는 예시를 위한 것일 뿐 본 발명의 기술영역을 제한하고자 하는 것은 아니며, 도면에서 동일한 부재 번호는 동일한 요소를 나타낸다.
도 1은 파이프의 층의 평면도;
도 1A는 도 1의 lA-lA 라인을 따라 도시된 단면도;
도 1B는 도 1의 상세도;
도 2는 도 1의 외측 전이 부분의 확대 평면도;
도 3은 도 1의 내측 전이 부분의 확대 평면도;
도 4A, 4B, 4C, 4D, 4E, 4F 및 4G는 도 2 및 도 3에 표시된 부분의 일련의 단면도;
도 5는 도 lB의 기하학적 구조, 라인 및 좌표를 정확하게 한정하도록 사용된 컴퓨터 프로그램; 보다 상세하게는 전이 커브를 한정하도록 사용된 수학적 환산 메카니즘의 복사본;
도 5A 및 5B는 연속적으로 변화하는 곡률의 우측 및 좌측 나선을 나타내는 도면;
도 6A 및 6B는 다중원형 나선을 형성하는 점점 증가하는 곡률 반경의 부분을 가진 파이프의 단면도;
도 7A는 계단식 원형 나선을 가진 파이프를 나타내는 도면;
도 7B는 2 중심의 외향 다중원형 나선 상의 이중 내향 계단부를 나타내는 도면;
도 7C는 2 중심의 외향 다중원형 나선 상의 1 회전당 2 개의 단일 내향 계단부를 가진 파이프를 나타내는 도면;
도 8A는 4 중심의 정사각형 나선으로 형성된 파이프의 층을 나타내는 도면;
도 8B는 2 중심의 정사각형 나선으로 형성된 파이프의 층을 나타내는 도면;
도 8C는 4 중심의 정사각형 나선으로 형성된 파이프의 층을 나타내는 도면;
도 9A는 2 개의 나선의 직접 중첩을 나타내는 도면;
도 9B는 하나의 나선을 다른 하나의 나선에 대하여 180도 회전한 상태의 2 개의 원형 나선의 중첩을 나타내는 도면;
도 9C는 2 개의 동일 나선 중 하나가 반 회전에 해당하는 길이를 더 가지고 있어서, 용이한 연결을 위해 코일의 동일한 쪽에서 양측 단부가 기립되어 있는 상태를 나타내고, 인접하는 층을 연결하는 파이프 연결부를 나타내는 도면;
도 9D는 나선의 평면 내의 한 축선 둘레로 제 2 나선이 뒤집힌 상태를 나타내는 도면;
도 9E는 도 7A에 후속되는 순수 원형 나선을 나타내는 도면;
도 10A는 내측 나선들 사이에 파이프 연결부를 가진 직사각형 파이프 층을 나타내는 도면;
도 10B는 180도 회전한 상태로 중첩된 2 개의 직사각형 나선을 가진 직사각형 파이프 층의 평면도;
도 11A는 인접한 층을 연결하는 S자-벤드 부분을 나타내는 도면;
도 11B는 스택 외측의 인접한 층 사이의 S자-벤드 부분을 나타내는 도면;
도 12는 도 9B 및 9C 및 10A 및 1B에 도시된 나선 쌍의 스택이 하나의 파이프를 만들기 위해 연결될 수 있는 상태를 나타내는 도면;
도 12A는 축소된 폭을 가진 연속 층에 의해 피라미드형 파이프 구조를 나타내는 도면; 그리고
도 13은 메탄에 대한 T-P 그래프이다.
감긴 파이프의 복수의 루프가 적어도 제 1 층 및 제 2 층을 포함하는 복수의 층으로 형성된 격납 구조의 다수의 설계가 개시되어 있다. 파이프는 층 사이의 연결부를 형성한다. 하나의 실시예에 있어서, 제 1 층의 감긴 파이프는 제 2 층의 감긴 파이프와는 상이한 방식으로 감겨져 있다. 다른 실시예에 있어서, 층들 중적어도 하나의 층의 감긴 파이프는 상이한 곡률 반경을 가진 부분으로 형성되어 있다. 다른 실시예에 있어서, 층들 중 적어도 하나의 층의 감긴 파이프는 포개진 완전 원을 형성하는 부분으로 형성되어 있다. 다른 실시예에 있어서, 층들 중 적어도 하나의 층의 감긴 파이프는 상이한 곡률 중심을 가진 부분으로 형성되어 있다. 다른 실시예에 있어서, 연결 파이프는 비-인접 층 사이의 연결부를 형성한다. 다른 실시예에 있어서, 상기 파이프는 파이프의 층을 둘러싸는 상이한 유체의 혼합물로 형성된 지지 매트릭스를 구비하고 있다. 다른 실시예에 있어서, 상기 지지 매트릭스는 1 보다 큰 비중을 가진 유체를 포함하고 있다. 다른 실시예에 있어서, 상기 지지 매트릭스는 파이프와 합치되는 플라스틱 재료로 형성되어 있다. 다른 실시예에 있어서, 파이프는 피라미드 형태를 형성한다. 다른 실시예에 있어서, 파이프는 탄소 섬유 파이프이다. 다양한 실시예가 이러한 특징들의 임의의 실행가능한 조합으로 형성된다.
본 발명의 다른 양태에 있어서는, 적어도 제 1 층 및 제 1 층의 상부에 놓여 있는 제 2 층에 형성된 연속적인 감긴 파이프를 포함하는 격납 구조가 제공되는 데, 제 1 층의 감긴 파이프가 상승하여 제 2 층의 일부분을 형성하고 제 1 층의 감긴 파이프를 가로지르는 제 1 전이 구역을 제외하고는, 제 2 층의 감긴 파이프가 제 1 층의 상부에 직접 놓여서 제 1 층의 감긴 파이프와 정렬되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 양태에 있어서는, 적어도 제 1 층 및 제 1 층의 상부에 놓여 있는 제 2 층에 형성된 연속적인 감긴 파이프를 포함하는 격납 구조를 형성하는 방법이 제공되는 데, 제 1 층의 감긴 파이프가 상승하여 제 2 층의 일부분을 형성하고 제 1 층의 감긴 파이프를 가로지르는 제 1 전이 구역을 제외하고는, 제 2 층의 감긴 파이프가 제 1 층의 상부에 직접 놓여서 제 1 층의 감긴 파이프와 정렬되어 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 있어서는, 교호하는 일정한 반경의 원 부분의 단일 층에 형성된 연속적인 일정한 직경의 감긴 파이프를 포함하는 격납 구조가 제공되는 데, n이 1보다 더 큰 곳에서 각각의 연속하는 원 부분이 선행하는 원 부분보다 반경이 1/n 파이프 직경 만큼 더 큰 상태로, 각각의 원 부분이 360/n 도를 커버한다.
본 발명의 격납 구조는 특히 가스 저장 시스템으로 사용되기에 적합하고, 특히 선박(선박의 화물칸 내, 또는 부차적인 컨테이너 내) 또는 단순한 바지선(바지선의 갑판 상부나 하부, 또는 부차적인 컨테이너 내)으로 많은 양의 압축 가스를 수송하는 데 적합하다. 감긴 파이프는 길고, 주로 작은 직경의 강 파이프의 원형으로 만곡된 부분으로 형성되는 것이 바람직하다. 대체로 8인치 보다 작은 파이프는 단순한 원형 컨테이너 내에서 특수한 방식으로 감겨질 수 있다.
하나의 실시예에 있어서, 컨테이너의 직경은 약 50 피트이며 약 10 피트의 높이를 가지고 있다. 대략 10 마일 이상의 파이프가 컨테이너 내에 감겨서 겹쳐 쌓일 수 있다. 코일감기는 연속적이며 코일의 처음부터 끝까지 밸브나 단절부가 없다.
본 발명의 하나의 양태에 있어서, 파이프는 바닥 층의 내부에서 시작하는 것으로 보일 수 있다. 파이프는 일정한 곡률의 일정한 반경 부분에 의해서, 바람직하게는 곡률 및 전체적인 곡률의 작은 비율 만큼의 곡률의 중심 및 반경이 각각 급격하게 변화하는 반-원에 의해서 바깥쪽으로 나선형을 형성한다. 이러한 방법에 의해서 벤딩 롤러에 대한 프로그래밍과 품질 제어는 비교적 긴 시간 동안 일정하고 단순하게 유지된다. 파이프가 컨테이너의 외부에 도달하면 컨테이너의 기하학적인 구조에 의해서 제 2 층으로 상승하게 되며 안쪽을 향한 나선이 시작되게 된다. 2 개의 반-원호 이후에 약 12 파이프의 거리에서 2 개의 파이프를 바로 아래로 가로지르는 전이 커브가 이어진다. 상기 거리는 비교적 짧아서 교차점에서의 수직 스태킹(stacking) 응력이 최소화된다. 제 1 층과 후속하는 홀수 층 바로 위에서, 2 개의 파이프 아래로 이행함으로써 그리고 나서 파이프 중의 하나를 후방으로 나선을 이루게 함으로써, 하나의 파이프의 순수 내향 나선 이득(net inwards spiral gain)이 달성된다. 그 결과 홀수 층 나선은 바깥쪽을 향하고 짝수 층 나선은 안쪽을 향한다. 짝수 층에서, 파이프가 원형 컨테이너의 내부에 도달하면, 짝수 층은 홀수 층 위로 상승하고 투영도의 기하학적 구조는 제 1 층의 기하학적 구조와 동일하게 된다. 그 결과 홀수 층은 전적으로 반원으로 구성되고 짝수 층은 아주 짧은 전이 구역을 가진 반원으로 구성된다.
본 발명은 전이 구역을 제외하고는 서로 위에 직접 놓여 있는 층을 이룬 감긴 파이프에 의해 만들어진 격납 구조와 이 격납 구조을 얻기 위해서 파이프를 감는 방법을 포함한다.
본 발명의 가스 저장 시스템은 많은 장점을 가지고 있는 데, 그 중 몇 가지는 발명자 중의 2 명에 의해 출원된 이전의 특허(미국특허 제5,839,383호 및 제5,803,005호)에 개시되어 있다. 첫째로, 파이프가 작으며 손상의 위험이 크게 감소되었다. 손상의 가능성 또한 감소되었다. 둘째로, 긴 직선부와 후속하는 일정하게 만곡된 파이프의 생산을 위한 기술이 공지되었으며 비용이 저렴하게 되었다. 셋째로, 상기 시스템은 내부 선철(pig)에 의해 연속적으로 점검할 수 있다. 넷째로, 감긴 길이의 약 97%에 대해서 복잡하게 만곡된 형상이 없다. 다섯째로, 감긴 레이아웃 및 수직 스태킹 배열은 하중 응력을 감소시키고, 약 20 내지 30개가 쌓여진 경우에도, 선박 움직임은 파이프의 수용력의 작은 부분에 대해서 응력을 가한다. 이러한 모든 특징은 크게 비용을 절감시킨다.
본 발명의 다른 특징 및 장점은 도면 및 상세한 설명을 통해서 명확하게 알 수 있다.
상이한 도면 전체에 대하여 상응하는 유사한 부분은 동일한 참고 번호를 표시한 도면을 참고하여, 바람직한 실시예를 이하에서 설명한다. 파이프와 그 연결부를 만들기 위해 사용된 재료는 유연성이 있어서 제안된 작동 온도에서 잘 부서지지 않는다는 것을 알 수 있다. 파이프 및 그 연결부는 대체로 보통 등급의 강 X70으로 제작될 수 있다. 본 명세서에서 포함이라는 용어는 포괄적인 의미를 가진 것으로서 다른 특징이 존재하는 것을 배제하는 것을 의미하는 것은 아니다. 본 명세서에서 단수형으로 표현된 요소라도 그 요소가 복수개인 경우을 배제하는 것은 아니다. 감긴 파이프의 반경은 대체로 코일의 반경을 나타낸다. 파이프의 단면 직경은 파이프의 직경을 나타낸다. 연속적인 감긴 파이프는 파이프가 연속되도록 파이프를 서로 용접시켜서 만들어 진다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 몇가지 양태를 구현하는 특정 실시예를 도시하고 있다. 도 1 및 도 1B는 대체로 원형인 연속적인 작은 파이프의 2 개의 바닥 층의 일부분의 평면도를 상세하게 도시하고 있다. 이들 바닥 층 상에 계속하여 다른 파이프 층이 놓여 있고 도면의 투영선은, 층이 홀수 층이면 실선으로 도시된 제 1 층에 이르고, 층이 짝수 층이면 점선 및 실선으로 도시된 전이 구역에 이른다. 아래에서 기술될 전이 구역을 제외하면, 후속하는 층의 감긴 파이프는 선행하는 층의 감긴 파이프에 직접 놓여서 정렬된다. 따라서 파이프의 무게를 최적의 방식으로 분배하는 연속하는 층의 파이프 사이에 직선 접촉 구역이 존재한다.
제 1 층(10)은 내측 반경(Rmin 12)을 가진 작은 파이프로 시작하여 반원을 형성한다. 곡률의 중심은 1/2 파이프 만큼 급격하게 변하고 그 반경도 1/2 파이프 만큼 증가된다. 이로 인해 파이프 나선(10)의 시작점의 외부에 대해 파이프의 내부가 참고 번호 16으로 표시된 바와 같이 정확하게 접선으로 된다. 따라서 파이프의 경로가 2 개의 특정 반원의 사용에 의한 360도의 한 범위에서 1 개의 파이프 직경 만큼 이동한다. 이로 인해 규정된 굽힘 곡률을 부여하는 벤딩 롤러에 대한 입력의 복잡성이 2 개의 상수로 감소된다. 바닥 층은 계속 반원이 증가되면서 상기와 같은 방식으로 바깥쪽으로 계속 나아간다. 파이프가 컨테이너(18)의 외부에 이르면, 파이프는 상승하여 하나의 층(20)의 외측의 상부에 직접 놓이고 전이 구역(22)의 시작점에 도달할 때 까지 2 개의 층으로서 계속 진행한다. 도 2, 도 3 및 도 5에 기술된 바와 같이, 규정된 수학 공식에 의해 지시된 경로에 의해, 수평으로 접하는 방식으로 파이프 바로 아래를 떠나서 파이프의 바로 위에서 접하는 식으로 연결되지만, 2 개의 파이프 직경 만큼 약간 안쪽으로 향한다.
A B C로 표시된 이러한 전이는 약 12 개의 파이프 직경의 거리 내에서 이루어지고 B 지점에서 교차점 지지를 수용한다.
이러한 짧은 전이 길이는 코일링(coiling)의 3% 만이 연속적으로 변화하는 곡률을 가진다는 것을 의미한다. 화살표(26)는 어떤 식으로 2 개의 파이프 직경 만큼 안쪽으로 이동하고 짝수 층이 시간의 약 94% 동안 외향 나선의 상부에 직접 놓여서 외향 나선과 정렬되더라도 짝수 층이 순수 내향 나선 이행을 가지는 1 개의 파이프 직경 만큼 다시 바깥쪽으로 이동하는 지를 나타낸다. 아래에 기술한 사항은 도 1과 관련된 내용의 요약이다:
ｏ 홀수 층 나선은 바깥쪽을 향하고 짝수 층 나선 안쪽을 향한다.
ｏ 홀수 층은 전이 구역을 가지지 않는다.
ｏ 짝수 층은 약 12 개의 파이프 직경과 동일한 전이 구역을 가지고 있다.
ｏ 감긴부분의 약 97%가 순수 원형 곡률을 이용한다.
ｏ 전이 구역의 외부가 전체 코일링의 약 94 %를 나타내고, 각 층의 모든 파이프는, (약 40 개 이상의 층), 서로의 상부에 직접 놓여 있다.
ｏ 전체 코일링 시스템에 대하여, 전이 구역의 내부 및 외부에 있어서, 곡률 반경이 약 11 직경 보다 더 크다. 이러한 구성은 층이 하나에서 다른 하나로 변화하는 곳에서도 그대로 적용된다. 따라서 최대 굽힘 변형은 일정하게 규정된 약 5%의 한계를 초과하지 않는다.
ｏ 내부 및 외부에서, 하부 층이 보다 높은 층으로 상승하는 곳에서, 전이 방정식(도 5 참고)이 또한 사용된다. 그러나 상승과 측방향의 이행을 수용하는 수직 평면의 직선구간에 의해 연결된 2 개의 짧은 역방향의 원호와 조합된다.
ｏ 외부에서, 상승하는 층은 홀수에서 짝수로 되고 내부에서 상승하는 층은 짝수에서 홀수로 된다.
ｏ 홀수 층에서 180도 마다, 곡률 반경이 반-파이프 직경에 해당하는 양 만큼 급격하게 변화한다. 부가적으로 곡률 중심이 동일한 양 만큼 변화하고, 그 결과 360도를 지나서 1 개의 파이프 직경의 전체 반경방향의 이행이 되게 한다.
짝수 층 및 홀수 층에 대한 기준은 최하부 층에 전이 구역을 삽입함으로써 바뀔 수 있지만, 가장 바닥 층이 최하부 교차점에서 받는 응력이 교차점이 제 2 층에 있는 경우 보다 더 크기 때문에 약간 불리하게 된다.
도 2는 전이 구역의 외측 부분의 확대도이다. 기초 전이 일반 방정식(28)이 인용되어 있고 해답의 기구(30)가 도 5에 표현되어 있다. 도 2에 기술된 것 또한코일링 구조의 97%를 구성하는 순수 반원을 묘사하는 단순 함수(32)이다. 단면 지점 A B C가 표시되어 있고 이 지점들은 3차원 그림을 완성하기 위해 도 4에서 나중에 추적될 수 있다. 도 2는 또한 컨테이너의 외측 벽(18) 및 이에 수반하는 전이 특성을 도시하고 있다.
도 3은 전이 구역의 내측 부분의 확대도이다. 단면 위치 D E F G가 표시되어 있고 도 4에 도시되어 있다. 일반 전이 방정식(28)은 도 2의 것과 완전히 동일하지만 상수의 특정 값이 수치상으로 상이하다. 이러한 수치상의 차이는 외측 전이 커브를 가진 경우와 같은, 역방향의 곡률을 가지지 않는 전이 커브를 초래한다.
도 4A 내지 도 4G는 코일 컨테이너 용기의 내부 및 외부에 있는 바닥부 4 또는 5 층을 나타내고 있다. 예를 들면 파이프 넘버 6을 추적하면 먼저 3 개의 도면에 표시된 경로 A B C 및 D E F G를 나타낸다. 단면 A, B 및 C의 파이프 넘버 4를 추적하면 어떠한 방식으로 제 1 층이 제 2 층으로 변화하는지를 나타낸다. 이점에서 홀수 층만이 외부에서 상승하는 이유를 알 수 있다. 마찬가지로, 짝수 층만이 내부에서 상승하는 이유를 알 수 있다.
도 4A 내지 도 4G의 보다 상세한 설명은 이하에서 기술한다. 파이프 코일의 시작점은 중심에 넘버 1을 가진 파이프의 단면 F에서 볼 수 있다. 바로 위의 단면 G는 파이프 넘버 1을 나타내고 이 파이프의 부분은 단면 F 후에 가까이 위치되어 있다. 위치된 파이프의 다음 부분은 단면 D에서 볼 수 있고 그 중심에 넘버 2가 표시되어 있다. 다음 부분의 이후는 단면 E에 있고 그 중심에 넘버 2가 표시되어 있다. 따라서 바닥 또는 제 1 층의 시작점에서 파이프의 연쇄가 위치되는 방법이Fl(단면 F, 파이프 넘버 1을 의미함), Gl, D2, E2, F2, G2, D3, E3, F3, G3, D4, E4, F4, G4로 기술될 수 있다. 이러한 절차는 단면 A의 위치 Al이 도달될 때까지 동시에 1 개의 파이프 직경 만큼 바깥쪽으로 계속된다. 제 1 층에 대한 최종 배치 순서가 Al, Bl, C1, A2, B2, C2, A3, B3, C3, 및 A4로 기술될 수 있다. 따라서 이것은 바깥쪽으로 감는 제 1 층의 배치를 기술한다. 그 다음에 파이프는 상승하여 제 2 층에서 안쪽을 향해 이동하기 시작한다. 그 순서는 B4, C4, A5, B5, C5, A6, B6, C6, A7, B7, C7, A8, B8, 및 C8에 의해 주어진다. 이러한 절차는 단면 D의 위치 D5가 도달될 때까지 동시에 1 개의 파이프 직경 만큼 안쪽으로 계속된다. 제 2 층에 대한 최종 배치 순서는 D5, E5, F5, G5, D6, E6, F6, G6으로 기술될 수 있다. 그 다음에 파이프는 D7에서 상승하기 시작하여, E7에서 제 3 층에 도달하고, 그 결과 외향 이동 순서가 F7, G7, D8, E8, F8, G8, D9, E9, F9, G9로 된다. 코일링의 나머지는 순서 A9, B9, C9, A10, B10, C10, All, Bll, Cll, A12, B12, C12, A13, B13, C13, A14, B14, C14, A15, B15, C15, A16, B16, C16,........ D10, E10, F10, G10, Dll, Ell, Fll, Gll, D12, E12, F12 및 G12를 따라서 유사한 방식으로 외향 및 내향으로 계속된다. 먼저 5 개의 층만이 도 4A 내지 도 4G에 나타나 있다. 필요한 만큼의 많은 층, 대체로 20 또는 30 층에 대해서 상기 패턴이 반복된다.
도 5는 먼저 3 개의 숫자로 표시된 기하학적 구조를 나타내는, 베이직 언어로 표현된, 간단한 프로그램을 나타낸다. 프린트 함수는 그래픽적이지만 출력은 수치 좌표계로 용이하게 표현될 수 있다. 라인 190과 라인 400 사이의 프로그램의 주요 특징부(30)는 전이 방정식에 대한 상수가 어떻게 해답이 구해지는지를 수학적으로 기술한다. 상기 해법은 본질적으로 표준 가우스 환산법의 변형이다. 실제 일반 방정식(28)은 이러한 코일링 프로세스에 대해 유일한 것이다. 또한 방정식에 사용된 멱지수(라인 240에서 D)는 전이 구역의 파이프의 거의 완벽한 네스팅(nesting)을 제공하는 회전 파라미터로서 사용될 수 있다는 점에서 유일한 것이다.
따라서 본 발명의 상기 실시예가 (직경이 대략 5 내지 8인치인)작은 직경의 파이프의 긴 연속적인 길이가 대략 10마일인 작은 직경의 파이프의 특수한 코일링 방법 또는 시스템을 제공하는 것을 알 수 있다. 파이프의 약 97%가 대략 180도 원호의 간격에 대하여 일정한 곡률로 만곡되어 있다(상기와 같은 일정한 곡률의 단순성은 제조 비용을 크게 절감한다). (코일 길이의 약 3%에 대한)유일한 전이 방법은 파이프의 약 94%를 다른 파이프의 상부 또는 하부에 직접 놓이도록 할 수 있다. 상기와 같은 스태킹 패턴은 국소 만곡 및 교차점 응력을 크게 절감시키고 그 결과 파이프의 전체적인 벽 두께를 감소시키거나 각 컨테이터의 허용가능한 스태킹 높이를 증가시킨다. 상기 실시예가 전체 길이의 약 97%에 대한 계단식의 일정한 곡률의 사용에 의해 연속적으로 나선을 외향 및 외향시키는 파이프의 코일링 방법 및 특수한 코일링 구조를 기술하는 수학적 방법을 또한 제공한다는 것을 알 수 있다.
코일은 일정한 반경의 반원으로 도시되어 있지만, n이 1보다 큰 곳에서, 각 부분의 직경이 1/n 파이프 직경 만큼 증가하는 360/n 도의 부분으로 될 수 있고, 그러나 2분의 n의 각각의 증가량은 파이프 만곡 조절점의 수를 증가시키기 때문에 바람직하지 않다. 이러한 방법에 의해 만들어진 격납 구조에 있어서, 격납 구조의외측 경계를 형성하는 부분을 제외한 각각의 k번째 부분에 대해서 임의의 k번째 부분의 감긴 파이프는 k+n번째 부분의 감긴 파이프와 맞닿아서, 틈새가 없는 구조를 형성한다. 실시예는 전이 구역이 12 개의 파이프 직경을 차지하는 것으로 도시되어 있지만, 전이 구역이 50 개의 파이프 직경보다 작게 차지하는 경우 본 발명의 상기 잇점은 여전히 성취될 수 있다고 생각된다.
감긴 파이프는 통상적으로 파이프의 양 단부에 밸브(37)를 구비하고 있는 격납 구조를 형성한다. 감긴 파이프는 가스의 격납에 적합하다. 감긴 파이프는 컨테이너(18) 내에서 둘러싸이는 것이 바람직하고, 상기 컨테이너는 부차적인 격납 구조를 제공하도록 밀봉되고, 누출 검출 장비를 구비하고 있는 것이 바람직하다.
복수의 균일한 나선으로 구성된 다양한 코일 스택을 시작으로 하여, 본 발명의 다른 실시예를 이하에서 기술한다.
도 5A 및 도 5B는 연속적으로 변화하는 곡률을 가진 나선을 도시하고 있다. 용어의 편의상, 도 5A는 좌측 나선을 도시하고 도 5B는 우측 나선을 도시하고 있다. 엄지손가락을 위로 향하게 유지하고 떠나가는 방향으로 손가락이 파이프를 따라가는지를 조사함으로써 우측 나선인지 좌측 나선인지가 결정된다. 도 5B는 도 5A를 뒤집는 것에 의해, 다시 말해, 코일의 평면의 축선에 대하여 180도 회전시킴으로써, 도 5A로부터 얻어진다.
도 6A 및 6B는 다중-원형 나선을 도시하고 있다. 도 6A는 D가 파이프의 직경인 곳에서 D/2 만큼 떨어진 수직 축선 상의 2 개의 중심(Cl 및 C2)에 의해 만들어진 2-중심 다중-원형 나선을 나타내고 있다. 원호(Al.1)는 중심(C1)으로부터의반경 R에 의해 180도 만큼 그려져 있고, 원호(A2.1)는 중심(C2)으로부터의 반경 R+D/2에 의해 180도 만큼 그려져 있고, 원호(A1.2)는 중심(C1)으로부터의 반경 R+D에 의해 180도 만큼 그려져 있는 것과 같은 방식으로 원호들이 그려져 있다. 도 6B는 일정한 반경의 원호가 90도에 해당하는 길이이고 반경이 인접하는 원호 사이에서 D/4 만큼 증가하는 곳에서, D/4 만큼 이격된 4 개의 중심에 의해서 만들어진 4-중심을 나타내고 있다. 많은 다른 다중-원형 나선이 가능하다. 이러한 변형예에 있어서의 관심사항은 와인딩 머신이 연속적으로 변화하는 곡률을 정확하게 만들기에는 너무 어렵다는 점에 대한 실현가능성이다.
도 7A는 계단식 원형 나선을 도시하고 있다. 이러한 나선에 있어서, 반경이 최소 만곡 반경인 정의 원호 및 음의 원호로 구성된 S자-벤드를 포함하는 작은 전이 구역을 제외하고는, 파이프는 반경이 D 만큼씩 증가하면서 완전 원의 형태로 포개져 있다. 이러한 원호는 원호들의 사이 또는 원호와 원의 사이의 이동하는 지점에서 곡률의 변화가 없도록 위치되어 있다. 전이 구역은 일련의 원을 외향 나선으로(시계방향으로) 변화시킨다. 전이 구역은 도 7B에 도시된 바와 같이 내향 계단식뿐만 아니라 외향 계단식 될 수 있다. 여기에서 기본 나선은 2-중심 외향 다중-원형 나선이다. 전이 구역은 유효 내향 내선을 만드는, 이중 내향 계단부를 만든다. 도 7C는 동일한 2-중심 외향 다중-원형 나선을 형성하고 있고 회전당 2 개의 단일 내향 계단부를 형성함으로써 외향 나선을 내향 나선으로 변화시킨다. 2 개의 전이 구역이 있는 반면에, 이 2 개의 전이 구역은 각각의 이중 전이 구역보다 짧은 잇점이 있다.
도 8A는 직사각형 코일의 예로서, 본 예에서는 정사각형 코일이다. 코너부는 모두 곡률 반경이 작은, 예를 들어 최소 만곡 반경의 파이프의 동일한 90도 부분이다. 이러한 코너부는 증가하는 길이의 파이프의 직선 부분에 의해 연결되어서 파이프의 외측 루프는 파이프의 내측 루프를 나선형으로 둘러싼다. 상기와 같은 나선은 코너부에 직선 부분을 용접함으로써 만들어 질 수 있다. 이 경우에 있어서, 코너부는 파이프를 타원형으로 하지 않고 타이트하게 만곡시키게 하는 주축을 사용하는 로터리 다이 벤더로 만곡될 수 있는 짧은 파이프이다. 2 개의 파이프 부분의 길이는 동일하지 않고, 선행하는 부분보다 파이프 직경의 1/2 만큼 증가한다. 이것은 도 8C에 개략적으로 도시되어 있는, 4-중심, 정사각형 나선에 예이다. 도 8B는 직선 파이프 부분의 절반의 길이가 선행하는 부분과 동일하여, 제조 잇점을 가질 수 있는 상이한 파이프의 길이의 수를 가지는 잇점을 가지고 있는 2-중심 정사각형 나선을 도시하고 있다. 정사각형의 2 개의 평행한 쪽의 모든 파이프의 부분이 일정한 증가량 만큼 길이가 증가되면, 만들어지는 형상은 직사각형 나선이 된다. 직사각형의 긴 쪽이 상당히 길면, 코일의 전체 부피에 대한 용접된 코너부의 수가 감소하여, 경제성이 증가된다. 코일의 내부의 손실된 공간이 감소된다는 점에서, 동시에 코너부의 반경이 가령 2D로 감소될 수 있다. 조합 효과로서 직사각형 공간을 채우는 저비용의 코일이 생산될 수 있다.
이전 부분에 기술된 수평 나선 쌍에 겹쳐서 연결하는 방법을 이하에서 기술한다. 실제 사용을 위해서, 코일 스택은 많은 층의 높이, 예를 들면 20 층이 필요하게 된다. 그러나, 하나의 층만이 상부 또는 하부의 층과 상호작용하기 때문에,2 개의 인접하는 층에 대한 하기의 논의와 이들이 한 쌍으로 연결될 수 있는 방법이 제한된다.
도 9A는 제 2 동일 나선이 제 1 동일 나선의 상부에 직접 위치되어 있는 것이 도시되어 있다. 그 결과는 완전 입체형 패킹이지만 연결부는 파이프 단부가 인접하여 동일한 방향으로 향하고 있는 것과 같이 어색한 형태이다. 연결부 피팅은 단순한 루프가 될 수 있다.
도 9B는 중첩 전의 평면에서 제 2 동일 나선이 180도 회전되어 있는 실시예를 도시하고 있다. 2 개의 층은 완전 육각형 패킹과 함께 끼워맞춤된다. 내측 단부는 S자-벤드 피팅을 용접함으로써 함께 연결될 수 있고, 상기 피팅이 짧기 때문에, 필요하면 주축을 사용하여 타이트하게 만곡될 수 있다. 팬케이크 형상의 나선 권선부가 연속적인 파이프에서 코일 스택의 연속적인 권선부보다 현저하게 낮은 효율성을 가지지 않은 곳에서, 원형 및 직사각형 나선에 대해서, 이러한 형상은 잇점이 있는 것으로 생각된다.
도 9C는 제 2 층이 1/2 회전 만큼 더 길어서 코일의 동일한 쪽에서 2 개의 외측 단부가 상승되어 있는 것을 제외하면 도 9B와 유사한 설계이다. 이러한 구성은, 코일 스택, 예를 들면 직사각형 스택의 동일한 쪽에 위치된 모든 내부-층 연결 피팅("이형부")을 가지는 것으로 인해 이익이 있다면 유용할 수 있다
도 9D에서는, 제 2 동일 나선이 뒤집혀 있다. 다시 말해 중첩 전에 평면의 축선에 대해 180 도 회전되어 있다. "입구/출구" 형상은 한 방향으로 연속적으로 파이프를 감는 것에 의해 만들어질 수 있다. 상이한 레벨을 허용하기 위해, 단부는 서로에 대해 대향하고 있고 용이하게 연결될 수 있다. 조인트는 S자-벤드 피팅에 의하거나, 연속적인 권선의 경우에, 파이프가 수직 크기로 S자-벤드 형상으로 만곡되는 것에 이루어질 수 있다. 그러나 2 개의 층의 스태킹이 입체형도 육각형도 아니기 때문에 파이프 지지의 심각한 문제가 있다. 제 2 층 상의 파이프만이 180도 떨어진 지점에서 제 1 층의 파이프와 교차하고, 그 사이는 실질적으로 지지되어 있지 않다. 이것은 아래에서 논의되는 바와 같이 계단식 나선의 사용에 의해 해결될 수 있는 용인할 수 없는 상황이다.
도 9E에서는, 제 2 나선이 뒤집혀진 상태의 2 개의 동일 원형 계단식 나선이 도시되어 있다. 이것은 도 7A의 나선이다. 이러한 나선의 회전의 대부분이 완전 원이기 때문에, 제 2 나선이 뒤집혀진 경우 파이프는 제 1 나선의 파이프 위에 직접 놓여서 입체형 패킹을 형성한다. 전이 구역만이 입체형 패킹을 가지지 않지만, 전이 구역은 짧아서 지지되지 않은 파이프의 심각한 문제점을 가지지는 않는다. 제 2 나선이 뒤집혀져 있기 때문에, 입구/출구 형상 및 상기의 쌍은, 하나의 나선으로부터 외측 말단부 및 내측 말단부에서 제 3의 치수로 S자-벤드를 가진 인접하는 나선으로 레벨 변화를 실행할 수 있다면 연속된 파이프에서 권선기에 의해 만들어질 수 있다.
도 9F에서는, 제 1 나선은 도 5A, 6A 또는 6B의 것이고 겹쳐진 나선은 도 7B에 도시된 타입의 이중 내향 계단식 나선이고, 후자의 기본 나선은 제 1 나선과 동일성을 가지고 있다. 도 9F를 참고하면, 제 2 나선이 뒤집혀져 있지 않은 것을 제외하면 도 9E와 매우 유사한 상황이다. 전이 구역을 제외하면, 하부의 것과 동일한 나선이기 때문에, 입체형 패킹을 형성한다. 이중 교차점은 외향 나선을 내향 나선으로 전환시키고, 그 결과 도 9E에 도시된 바와 같이, 단부는 제 3의 치수의 작은 S자-벤드를 가진 2 개의 인접한 나선에서 용이하게 연결된다. 따라서 층의 이러한 조합은 적절한 기계에 의해 연속적인 파이프로부터 감길 수 있다.
도 10a에서는, 제 1 나선은 2 개 또는 4 개의 중심을 가진 직사각형이고 겹쳐진 나선은 동일하지만 자신의 평면에서 180도 회전되어 있다. 원형 나선이 직사각형 나선에 의해 교체되어 있는 것을 제외하면 도 9B의 상황과 매우 유사하고, 그 결과 다시 육각형 패킹이 형성된다. 양자의 나선은 외향이기 때문에, 제 3의 치수로 하나의 파이프 직경이 상승하는 큰 S자-벤드 피팅에 의해 내부에서 연결되어야만 한다. 이중 층의 외측 단부는 대향 측에 있다.
도 10B에는, 층 중의 하나가 2개 추가 세그먼트, 180°, 만큼 길어져 있어서, 양 외측 끝이 직사각형이 동일 면에서 보이는 점을 제외하고는 도 10A와 동일한 상황이 도시되어 있다. 이것은 인접한 직사각형 또는 정사각형의 패킹을 향상시키거나 모든 외측 파이프 연결이 예를 들면 바지(barge)에 적합할 수 있는 직사각형의 끝에서 나타나게 배열하는데 유용할 수 있다.
이제 나선 쌍의 스택 및 그들의 연결을 설명한다. 앞에서는 도 5A, 5B, 6A, 6B, 7A, 7B, 7C, 8A, 8B 및 8C에서 확인된 나선이, 스택 사양, 예를 들면, 주로 입체형 패킹 또는 6각형 패킹을 만족시키도록 어떻게 쌍으로 결합될 수 있는지를 고려하였다. 한쪽면으로부터 다른쪽면까지 편평한 나선의 대칭 때문에, 나선 B가 6각형 패킹을 가진 나선 A의 정상부에 끼워맞춤되면, 나선 A 또한 6각형 패킹을 가진 나선 B의 정상부에 끼워맞춤된다. 이런 식으로 계속하면, 6각형 패킹을 가진 많은 동일한 쌍의 스택은 전체적으로 6각형 패킹을 가지게 된다.
물론, 동일한 쌍의 스택은 수직 방향에 있어서 컬럼식 배열을 나타낸다. 그러나, 상부 층은 하부 층과 같은 정도의 회전을 가질 필요가 없다. 각각의 층이 바로 아래의 층보다 하나 적은 회전을 가지고 있으면, 스택은 6각형 스택을 위해 수직으로부터 30도 또는 입방체를 위해 수직으로부터 45도 벗어나 내측으로 각을 이룬다. 그 결과 스택은 피라미드 형태를 이룬다. 피라미드식 스택은 컬럼식 구조보다 그 격납 구조에 대한 요구가 적게 되고, 이는 여러 상황에서 유리할 수 있다.
앞에서 논의된 나선 쌍 중에서, 도 9E 및 도 9F의 설계(계단진 원형)는 입체형 패킹(전이 구역은 제외)의 성질을 가진다. 또한 이들은 인접한 층이 반대방향의 감긴 나선인 성질을 가진다. 이어서 이것은 하나의 나선의 끝에서의 파이프가 다른 나사의 시작점에서의 파이프에 반대 방향을 향한다는 것을 의미하고 이는 하나의 층으로부터 다른 층까지 상승하는 S자-벤드에 의해 쉽게 연결될 수 있다는 것을 의미한다. 또한 이는 연속 와인딩 프로세스가 S자-벤드를 3차원으로 만들수 있다면, 이들이 연속 와인딩 프로세스에서 만들어질 수 있다는 것을 의미한다. 그렇지 않으면, S자-벤드는 용접되어야 하는 끼워맞춤부이다. 이들 S자-벤드는 나선의 내측 및 외측에 필요하다. 이 상황은 도 11A 및 11B에 도시되어 있다.
앞에서 논의된 나선 쌍 중에서, 도 9B 및 도 9C(원형) 및 도 10A 및 도 10B(직사각형)는 6각형 패킹을 가지고 있다. 이들은 양 나선이 동일 방향으로 감긴 나선이기 때문에 이러한 성질을 가지고 있는데 이는 하나의 나선의 끝에서의 파이프가 인접한 나선의 끝에서의 파이프와 동일한 방향을 향한다는 것을 의미한다. 하나를 다른 하나에 연결하는 것은 180도 회전하는 파이프의 루프를 필요로 한다. 인접한 파이프를 연결하는 단순한 루프가 사용될 수 있다. 최소 굽힘 반경의 기준이 준수된다면, 이들 루프는 조잡하게 될 수 있고 스택의 수직면에 대하여 잘 스택되지 않을 수도 있다. 그러나, 스택으로부터 멀어지는 방향으로의 공간이 없으면, 이는 입체형으로 패킹된 원형 스택을 가진 걍우라도 좋은데, 이 180도 루프는 본질적으로 나선 및 그 면으로부터의 스틱과 동일 평면일 수 있다. 이것은 도 9B에 도시되어 있는데, 이 도면에서 루프는 스택의 다른쪽에 동일한 루프를 가진 스택의 한쪽면상에서 모든 제 2 층에 연결되어 있고, 그리고 루프가 인접한 층에 연결되어 있는 도 9C의 설계에 도시되어 있다. 이들 인접한 또는 다음의 인접한 수평 연결 루프는 파이프 내에 액상이고 그리고 구조에서 낮은 스폿인 액체의 풀링에 대하여 관심이 있는 상황에서 바람직할 수 있는데, 이는 이러한 스타일의 루프가 풀링을 위한 포인트를 제공하지 않기 때문이다.
많은 다른 경우, 특히 직사각형 나선을 가진 경우에는, 스택의 밀접한 패킹이 중요하며, 스택으로부터 벗어나 튀어나오는 루프를 가지는 것은 바람직하지 못하다. 인접한 층들의 루프들은 패킹을 향상시키기 위해 수직방향으로 감겨져 스택에 대해 눌려질 수 있지만, 더 좋은 해결책은 인접한 층들을 연결시키려 하지 않는 것에 의해 얻어진다. 이 경우가 도 12A에 개략적으로 도시되어 있는데, 여기에서 이 예에서는 대략 3D를 취하는 최소 굽힘 반경의 루프들이 수직방향으로 적어도 6개의 파이프 직경만큼 떨어져 있는 파이프 단부들을 연결하는 데 사용된다. 이들 루프("이어(ear)")는 스택의 수직벽에 평행한 수직 평면내에 있으며, 여기서 수직 평면은 하나의 파이프 직경만큼 스택의 바깥쪽에 배치되어 있어, 모든 루프들은 하나의 파이프 직경만큼 루프를 바깥쪽으로 이동시키는 나선 평면내의 S자 벤드을 시작해야만 한다. 이 예에서는 각 측면에 12개의 파이프 끝부들로 적층된 도 9B 및 10A의 디자인 형태의 12개의 쌍이 있다. 이 개략도는 이들이 모든 24개의 나선을 통하는 하나의 연속 파이프 경로를 제공하도록 2개의 측면에서 이어에 의해 연결될 수 있는 방법을 보여준다. 여기서는 10개의 파이프 직경에 대해 하나의 파이프 직경만의 체적이 각 측면에서 없어졌다. 그 쌍들이 도 9C 및 10B의 형태로 되어 나머지 다른 측면의 스택에서 나타나는 절반분의 이어들을 대신하게 되면, 이어들의 양쪽 세트들은 동일한 측면의 스택상에서 서로에 인접하여 나타날 수 있다. 이것은 밀접한 패킹이 중요할 때 매력적이 될 것이다. 예컨대 이어들의 양족 세트들이 한쪽 측면의 사각형 스택상에 있게 되면, 단지 하나의 가외의 파이프 직경이 이 접속을 제공하기 위해 트랙의 길이에 더해졌다.
도 10B 형태, 즉 육각형 패킹의 쌍을 가진 사각형 스택과 상술한 바와 같은 밀접한 피팅 이어들의 조합은 충전되는 공간이 기본적으로 사각형이라고 가정하면 여기서 설명되는 모든 디자인의 최고의 파이프 밀도를 제공한다.
미국 특허 제5,839,383호는 상기 상술한 도 11A 및 11B의 스택을 지지하도록 설계된 강체 구조를 개시하였다. 적당한 수정에 의하면, 유사한 강체 구조가 상기한 나머지 다른 형태의 스택을 지지하는데 사용될 수 있을 것이다.
이 특허는 또한 파이프들에 지지력을 제공하여 피로 응력을 촉진시키는 타원형화의 경향을 감소시키는 수단으로서 파이프들 사이의 공간을 채우는 매트릭스의 사용을 제안하였다. 제안된 한가지 형태의 매트릭스는 파이프에 더 밀착하게 만드는 다른 첨가제에 의해 조절된 비중을 가진 물이었다. 설명되지 않은 것은 매트릭스는 로딩 및 언로딩시에 파이프의 벽내에서의 온도 변동을 감소시키기 위해 그리고 다르게는 전체로서 봉입물의 열질량을 증가시키기 위해 높은 열량을 가져야만 한다는 사상이었다. 열적 특성에 있어서의 상당한 개선이 물과 보다 높은 밀도(비중 1.1) 및 보다 높은 온도(화씨 -40도 근처의 빙점)을 위한 일반적인 글리콜 도는 보다 낮은 밀도(비중 0.9) 및 보다 낮은 온도(섭씨 -40 내지 -80도)를 위한 매타놀의 혼합불을 사용함으로써 얻어질 것이다. 물은 높은 비열과 높은 용융점을 가지기 때문에 매력적이다.
기본적인 고체 매트리스에 대해 바람직한 특성들은 저가의 저밀도와 최대 지지력을 제공하도록 파이프에 근접하게 맞추는 능력이다. 이것은 폴리에틸렌 또는 혼합 플라스틱 스크랩과 같은 저가 플라스틱의 사용을 제안하고 있는데, 여기서 코일 스택이 층들 사이에 적당량의 플라스틱으로 채워진 후에, 온도가 예컨대 파이프를 통과하는 스팀에 의해 증가될 수 있어, 프라스틱 매트릭스가 연화되어 파이프에 맞추는 것이 가능하게 된다. 또한 고려될 수 있는 유사한 특성을 가진 제품은 산화될 수 있거나 산화될 수 없는 석탄 또는 석유로부터 추출되는 피치이다. 임의의 이들 매트리스의 유효 점성은 상온에서 매우 높아야만 하며, 모든 실용적인 목적에서 고체상이어야만 한다. 이 점성은 필요한 경우 섬유재료의 첨가에 의해 증가될수 있다. 그와 같은 제품들로 강 파이프를 지지하는 것이 생소할 수 있겠지만, 그것들은 순전히 압축에 있어 사용되고, 압력은 매우 높지 않으며, 예컨대 기껏해야 10 내지 20 psi이다.
매트릭스 지지에 대한 필요성은 다음 섹션에서 설명되는 바와 같은 파이프 구조를 위한 보다 높은 강도 재료로의 이행을 위해 보다 중요하게 되며, 그것은 파이프에 의한 타원화에 대한 저항성이 벽 두께의 제3의 힘으로써 변하기 때문에 보다 얇은 두께의 벽의 파이프로의 이행을 촉진시킨다.
압축된 형태의 천연가스의 수송의 상업적 가치에 있어서의 가장 중요한 하나의 인자는 그것의 밀도이다. 가스의 밀도를 증가시키는 2가지 기본적인 방법, 즉 압력을 증가시키는 방법과 온도를 감소시키는 방법이 있다. CNG 수송의 경우에 있어, 압력 격납 시스템의 비용은 매우 중요하다. 저가인 종래의 라인 파이프로부터 PCT/US98/12726 출원에 개시된 것과 같은 저 니켈, 저온강으로의 이행은 높은 강제의 톤당 비용에 의해 지연되고 있다. 합성 파이프, 특히 라인 파이프와 같은 압력률의 탄소 섬유 합성 연속 파이프도 그러하다. 엄지손가락 법칙 때문에, 탄소 섬유 파이프는 동일한 압력률에 대해 보통의 강 파이프보다 1 1/2배의 비용이 든다. 저 니켈이란 여기서 약 1 내지 5 중량 퍼센트를 의미한다.
화씨 30 내지 50 도의 상온에서, 1000 내지 1500 psi와 같은 저압과 3000 내지 4000 psi와 같은 고압 사이에는 가스 밀도에 있어 대단히 큰 차이가 있다. 하지만 온도가 가스의 임계점인 화씨 20도 내에 접근할 때, 그 차이는 현격히 감소한다. 그 결과 3000 psi의 상온에서와 같거나 높은 1000 psi에서의 가스 밀도를 얻는 것이 가능하다. 이 압력 범위에서, 탄소 섬유 파이프는 통상의 라인 파이프에 비해 피트당 절반의 비용이 들 것이다. 절반 비용의 파이프로, 라인 파이프에 비해 2배 양의 파이프를 사용할 수 있어, 2배의 톤의 가스를 수송할 수 있다. 선박의 비용 및 대략 동일한 파이프의 비용과 2배의 화물로, 절감은 감소된 압축 비용에 의해 자체로 차감된 추가된 냉동 비용의 차감액보다 크다.
따라서 우리는 선적의 경제성이 보다 고가인 격납 재료로의 이행에 의해 개선될 수 있다는 놀라운 결과를 가지게 되었다.
온도가 임계점의 범위내로 저하되는 경우, 가스는 자주 "고밀도 상" 가스로 불리어진다. 임계 온도 아래에서는, 가스는 자주 액상 가스로 불리어지며, 이 경우에도 그것의 특성들이 급격하게 변하는 지점은 없다. 온도 범위에 대해 임계 압력 아래의 상 엔빌롭 내에서는, 압축 가스는 그와 같은 액체상과 함께 한다. 가스의 이러한 여러 형태는 상기 격납 시스템에 의해 조절될 수 있고, 이 특허 문헌의 목적을 위해 모든 형태를 "압축 유체"로 부른다.
파이프의 구성 재료는 아래와 같은 것이 될 수 있다:
1. 일반적인 API 라인 파이프 강.
2. 담금질 및 템퍼링 강.
3. 담금질 및 템퍼링 될 수 있으며 니켈 함량이 3% 이하인 저온 고장력 강.
4. 본질적으로 후프 방향으로만 탄소 파이버 또는 고장력 스틸 와이어 등의 고장력 강화 파이버로 감겨진 강 파이프. 이것은 비용과 무게의 증가를 최소화하면서 파이프의 압력 용량을 배가하는 방법이다.
5. 이상적으로 메탄에 대한 낮은 투과성을 갖는 비교적 낮은 강도의 코어 파이프 주위에 매트리스에 박힌 고장력 파이버의 나선형 와인딩으로 구성된 복합 파이프.
6. 상기 재료들이 유리하지만, 압출된 알루미늄, 방향성 압출된 폴리올레핀, 세라믹 파이버 강화 금속등의 다른 재료도 가능하다.
코일 적층 구성에 대한 고려사항에는 다음과 같은 것이 포함된다:
1. 제조의 용이함 및 속도 예를 들면 연속적인 와인딩, 효율적인 테스팅.
2. 수리의 용이함: 적층된 경우에, 수평적인 팬케이크의 코일이 누출 팬케이크를 주위에 전환하도록 허용하는데 유리하다.
3. 검사 능력; 부식에 노출되는 강 파이프에 대해서, 이것은 본질적으로 일정한 내경과 피그가 진행할 수 있는 예를 들면 2D 보다 큰 반경의 코너부를 의미하는 전체 코일을 통하여 인텔리젼트 피그를 통과시키는 것이 가능해야하는 것을 의미한다.
4. 작동 고려사항: 생산되는 액체의 상당한 양이 형성되고, 고임이 발생할 수 있는 낮은 지점이 있어서는 안되며, 유체 밀어내기가 채용되는 경우에, 파이프 직경은 유체의 오버-라이딩 또는 언더-라이딩이 최소화하도록 충분히 작아야 한다.
5. 공간 충전: 일반적으로, 파이프의 최대 밀도는 충전되는 유용한 공간을 고려하는 것이 유리한데, 보편적으로 직사각형 코일이 유리하며 코일 안쪽을 피해서 플랜지를 붙인다.
6. 안전: 피로 균열을 회피하기 위해서는 파이프의 타원형이 최소로 유지되는 것을 요구하는데, 이것은 롤 벤딩 파이프가 특정한 최소 반경이 되어야 하는 것을 의미하고, 어떠한 요인에 기인한 균열의 영향을 최소화하기 위해서는 커다란 균열을 통한 가스의 유동 속도가 적당한 파이프 직경에 의해서 억제되도록 파이프 직경은 적당한 크기가 되어야 한다.
본 발명은 바람직한 실시예를 참고하여 설명되었으며 부품의 치환 및 다른 변경은 당업자에게 자명한 것이 될 것이다. 예시된 것으로부터의 변경은 본 발명의 범위에 들어가도록 의도된 것이다.

Claims (65)

  1. 적어도 제 1 층 및 제 1 층의 상부에 놓여 있는 제 2 층으로 형성된 감긴 파이프의 복수의 루프로서, 제 1 층의 감긴 파이프는 제 2 층의 감긴 파이프와 상이한 방식으로 감겨져 있는 상기 복수의 루프; 및
    제 1 층과 제 2 층 사이에 연결부를 형성하는 파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  2. 적어도 제 1 층 및 제 1 층의 상부에 놓여 있는 제 2 층으로 형성된 감긴 파이프의 복수의 루프로서, 상기 층 중에서 적어도 하나의 층의 감긴 파이프는 상이한 곡률 반경을 가진 부분을 가지고 있는 형태로 형성되어 있는 상기 복수의 루프; 및
    제 1 층과 제 2 층 사이에 연결부를 형성하는 파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  3. 적어도 제 1 층 및 제 1 층의 상부에 놓여 있는 제 2 층으로 형성된 감긴 파이프의 복수의 루프로서, 상기 층 중에서 적어도 하나의 층의 감긴 파이프는 포개진 완전 원을 형성하는 부분을 가지고 있는 형태로 형성되어 있는 상기 복수의 루프; 및
    제 1 층과 제 2 층 사이에 연결부를 형성하는 파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  4. 적어도 제 1 층 및 제 1 층의 상부에 놓여 있는 제 2 층으로 형성된 감긴 파이프의 복수의 루프로서, 상기 층 중에서 적어도 하나의 층의 감긴 파이프는 상이한 곡률 중심을 가진 부분을 가지고 있는 형태로 형성되어 있는 상기 복수의 루프; 및
    제 1 층과 제 2 층 사이에 연결부를 형성하는 파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  5. 서로의 상부에 놓여 있는 복수의 층에 형성된 감긴 파이프의 복수의 루프; 및
    비-인접 층 사이에 연결부를 형성하는 파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  6. 서로의 상부에 놓여 있는 복수의 층에 형성된 감긴 파이프의 복수의 루프;
    층 사이에 연결부를 형성하는 파이프; 및
    파이프의 층을 둘러싸는 상이한 유체의 혼합물로 형성된 지지 매트릭스를 포함하는 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  7. 서로의 상부에 놓여 있는 복수의 층에 형성된 감긴 파이프의 복수의 루프;
    층 사이에 연결부를 형성하는 파이프; 및
    1 보다 큰 비중을 가진 유체를 포함하고 있는 지지 매트릭스를 포함하는 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  8. 서로의 상부에 놓여 있는 복수의 층에 형성된 감긴 파이프의 복수의 루프;
    층 사이에 연결부를 형성하는 파이프; 및
    파이프와 합치되는 플라스틱 재료를 포함하고 있는 지지 매트릭스를 포함하는 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  9. 서로의 상부에 놓여 있는 복수의 층에 형성된 감긴 파이프의 복수의 루프; 및
    층 사이에 연결부를 형성하는 파이프를 포함하고 있고,
    구조가 피라미드 형태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  10. 서로의 상부에 놓여 있는 복수의 층에 형성된 감긴 파이프의 복수의 루프; 및
    층 사이에 연결부를 형성하는 파이프를 포함하고 있고,
    상기 파이프는 탄소 섬유 파이프인 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  11. 서로의 상부에 놓여 있는 복수의 층에 형성된 감긴 파이프의 복수의 루프;및
    층 사이에 연결부를 형성하는 파이프를 포함하고 있고,
    상기 파이프는 무게상으로 약 1% 내지 5% 범위의 니켈을 함유하는 강으로 만들어진 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  12. 서로의 상부에 놓여 있는 복수의 층에 형성된 감긴 파이프의 복수의 루프; 및
    층 사이에 연결부를 형성하는 파이프를 포함하고 있고,
    상기 파이프는 합성 파이프로서, 이 합성 파이프를 경제적으로 사용하기 위해 파이프 내에 포함된 압축 유체의 임계점에 충분히 근접하게 냉각된 합성 파이프인 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 하나의 층의 감긴 파이프는 연속되는 층의 감긴 파이프와 상이한 방식으로 감겨져 있는 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 층 중에서 적어도 하나의 층의 감긴 파이프는 상이한 곡률 반경을 가진 부분을 가지고 있는 형태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 층 중에서 적어도 하나의 층의 감긴 파이프는 포개진 완전 원을 형성하는 부분을 가지고 있는 형태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 층 중에서 적어도 하나의 층의 감긴 파이프는 상이한 곡률 중심을 가진 부분을 가지고 있는 형태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 파이프 연결부가 비-인접 층 사이에 연결을 형성하는 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 파이프의 층을 둘러싸는 상이한 유체의 혼합물로 형성된 지지 매트릭스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 1 보다 큰 비중을 가진 유체를 포함하고 있는 지지 매트릭스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 파이프와 합치되는 플라스틱 재료를 포함하고 있는 지지 매트릭스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 격납구조.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 파이프가 탄소 섬유 파이프인 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  22. 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 파이프가 합성 파이프로서, 이 합성 파이프를 경제적으로 사용하기 위해 파이프 내에 포함된 압축 유체의 임계점에 충분히 근접하게 냉각된 합성 파이프인 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  23. 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서, 층이 육각형 패킹을 가지고서 겹쳐 쌓여 있는 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  24. 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 층이 입방체형 패킹을 가지고서 겹쳐 쌓여 있는 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  25. 제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 연속하는 층이 선행하는 층과 동일하지만 180도 회전되어 있는 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  26. 제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 루프가 상기한 곡률 반경을 가진 부분으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  27. 제 1 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서, 선행하는 층의 감긴 파이프가 상승하여 연속되는 층의 부분을 형성하고 선행하는 층의 감긴 파이프를 가로지르는 제 1 전이 구역을 제외하고는, 연속하는 층의 감긴 파이프가 선행하는 층의 감긴 파이프의 상부에 직접 놓여 있는 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  28. 제 27 항에 있어서, 제 1 전이 구역이 층의 면적의 6% 보다 작게 차지하는 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  29. 제 28 항에 있어서, 제 1 전이 구역이 50 파이프 직경 보다 작게 차지하는 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  30. 제 29 항에 있어서, 제 1 층의 감긴 파이프가 일련의 일정한 반경 부분에서 나선을 형성하는 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  31. 제 26 항에 있어서, 제 1 층의 감긴 파이프가 교호하는 제 1 및 제 2 반-원에서 감겨지고, 각각의 제 2 반-원은 제 1 반-원 보다 반경이 1/2 파이프 직경 만큼 더 큰 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  32. 제 28 항에 있어서, 감긴 파이프의 교호하는 홀수 및 짝수 층이 있고, 짝수층의 감긴 파이프는 제 2 전이 구역에서 상승하여 홀수 층을 형성하는 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  33. 제 32 항에 있어서, 제 1 전이 구역에서, 짝수 층의 감긴 파이프는 반경이 2 개의 파이프 직경 만큼 곡률 중심으로부터 변경되는 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  34. 제 33 항에 있어서, 감긴 파이프가 홀수 층인 최하부 층을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  35. 제 33 항에 있어서, 감긴 파이프가 짝수 층인 최하부 층을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  36. 제 27 항에 있어서, 감긴 파이프가 내측 벽 및 외측 벽을 가진 컨테이너 내에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  37. 제 36 항에 있어서, 내측 벽이 계단식으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  38. 제 37 항에 있어서, 감긴 파이프가 유체를 보유하기 위해 밸브를 구비하고있는 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  39. 제 38 항에 있어서, 감긴 파이프가 압축 가스의 저장을 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  40. 적어도 제 1 층에 연속적인 감긴 파이프를 형성하는 단계; 및
    제 1 층의 상부에 놓여 있는 제 2 층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 격납 구조를 형성하는 방법.
  41. 제 40 항에 있어서, 제 1 층의 감긴 파이프가 상승하여 제 2 층의 일부분을 형성하고 제 1 층의 감긴 파이프를 가로지르는 제 1 전이 구역을 제외하고는, 제 2 층의 감긴 파이프가 제 1 층의 상부에 직접 놓여서 제 1 층의 감긴 파이프와 정렬되어 있는 것을 특징으로 하는 격납 구조를 형성하는 방법.
  42. 제 40 항에 있어서, 감긴 파이프가 제 1 전이 구역 전체에 대하여 2 개의 파이프 직경 만큼 반경방향으로 오프셋되어 있는 것을 특징으로 하는 격납 구조를 형성하는 방법.
  43. 제 41 항에 있어서, 제 2 층의 감긴 파이프가 상승하여 제 3 층이 시작되는 제 2 전이 구역을 만들므로써 제 3 층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 격납 구조를 형성하는 방법..
  44. n이 1보다 더 큰 곳에서 각각의 연속하는 원 부분이 선행하는 원 부분보다 반경이 1/n 파이프 직경 만큼 더 큰 상태로, 각각의 원 부분이 360/n 도를 커버하는, 교호하는 일정한 반경의 원 부분의 단일 층에 형성된 연속적인 일정한 직경의 감긴 파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  45. 제 44 항에 있어서, n이 2인 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  46. 제 44 항에 있어서, 격납 구조의 외측 경계를 형성하는 부분을 제외한 각각의 k번째 부분에 대하여 임의의 k번째 부분의 감긴 파이프가 k+n번째 부분의 감긴 파이프와 맞닿아서, 그 결과 틈새가 없는 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  47. 제 44 항에 있어서, 연속하는 원 부분은 곡률 중심이 오프셋되어 있는 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  48. 제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 층 내의 파이프가 연속적으로 변화하는 곡률을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  49. 제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 층 내의 파이프가 계단식 원형 나선으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  50. 제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 파이프의 층이 직선 부분을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 격납 구조.
  51. 하나의 연속 파이프를 형성하기 위해 스택의 내부 및 외부에서, 각각의 층이 단순한 S자-벤드에 의해 각각의 인접한 층에 연결되어 있는 도 9E 또는 도 9F의 방식(입체형으로 패킹된 방식, 계단식 원형 방식)의 균일한 나선의 복수의 쌍을 포함하는 압축 유체용 격납 시스템.
  52. 한 쌍의 층이 S자-벤드에 의해 중심이 서로 연결되어 있는 도 9B 또는 도 9C의 방식(육각형으로 패킹된 방식, 원형 나선 방식) 그리고 도 10A 및 10B의 방식(육각형으로 패킹된 방식, 직사각형 나선 방식)의 균일한 나선의 복수의 쌍을 포함하는 압축 유체용 격납 시스템.
  53. 제 52 항에 있어서, 하나의 연속 파이프를 형성하기 위해서 상기 균일한 나선의 복수의 쌍의 외측 단부가 나선의 평면 내에서 180도 루프에 의해 인접한 쌍에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 격납 시스템.
  54. 제 52 항에 있어서, 스택 내의 모든 파이프가 하나의 연속 파이프로 연결되는 방식으로 수직의 180도 루프에 의해 한 쌍의 각 외측 단부가 다른 하나에 연결되는 것을 특징으로 하는 격납 시스템.
  55. 제 54 항에 있어서, 스택 내의 모든 파이프가 2 개 이상의 연속 파이프로 연결되도록 외측 단부들이 연결되는 것을 특징으로 하는 격납 시스템.
  56. 제 51 항, 제 53 항, 제 54 항 또는 제 55 항 중 어느 한 항에 있어서, 스택이 원추형 또는 피라미드형으로 되는 결과, 스택 내에 각 층이 상승하면서 완전한 회전의 수가 1씩 감소하는 것을 특징으로 하는 격납 시스템.
  57. 제 51 항, 제 53 항, 제 54 항, 제 55 항 또는 제 56 항 중 어느 한 항에 있어서, 물 그리고 적절한 밀도와 물 결정이 형성되는 적절한 범위를 가지도록 선택된 글리콜 또는 메탄올과 같은 첨가제를 포함하는 액체 매트릭스에 의해 파이프가 부분적으로 지지되는 것을 특징으로 하는 격납 시스템.
  58. 제 51 항, 제 53 항, 제 54 항, 제 55 항 또는 제 56 항 중 어느 한 항에 있어서, 상온에서는 거의 고체가 되는 고 점성을 가지지만 매트릭스의 유체가 파이프로 성형되게 하는 온도까지 파이프가 가열될 수 있을 정도로 충분히 낮은 연화 온도를 또한 가지도록 선택된 폴리올레핀 또는 스크랩 플라스틱 또는 석탄 피치 또는산화된 석유 피치, 또는 다른 유사한 물질을 포함하는 고체 매트릭스에 의해 파이프가 부분적으로 지지되는 것을 특징으로 하는 격납 시스템.
  59. 제 51 항 또는 제 53 항 내지 제 58 항에 있어서, 파이프 구성 재료가 보통 강도 또는 고-강도의 라인 파이프 강인 것을 특징으로 하는 격납 시스템.
  60. 제 59 항에 있어서, 고-강도가 담금질과 템퍼링에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 격납 시스템.
  61. 제 60 항에 있어서, 파이프 구성 재료가 보통 강도 또는 고-강도의 저 니켈, 저온 강인 것을 특징으로 하는 격납 시스템.
  62. 제 60 항에 있어서, 파이프 구성 재료가 유리 및/또는 탄소 섬유에 의해 강화된 합성 파이프인 것을 특징으로 하는 격납 시스템.
  63. 제 61 항 또는 제 62 항에 있어서, 파이프 압력 비율이 적절하게 감소된 상태에서 충분한 유체 밀도가 현저하게 감소된 압력에서 얻어질 수 있는 충분히 낮은 온도에서 작동되는 것을 특징으로 하는 격납 시스템.
  64. 제 51 항 또는 제 53 항 내지 제 63 항에 있어서, 압축 가스는 임계 온도보다 높거나 낮은 상태 그리고 임계 압력보다 높거나 낮은 상태에서, 천연 가스 또는 수소 및 이산화탄소를 포함하는 다른 보통의 가스인 것을 특징으로 하는 격납 시스템.
  65. 제 1 항 내지 제 64 항 중 어느 한 항에 있어서, 파이프가 무게상으로 약 1% 내지 5% 범위의 니켈을 함유하는 강으로 만들어진 것을 특징으로 하는 격납 구조.
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