KR200452033Y1 - 액화천연가스 운반선 화물창의 단열 구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 액화천연가스 운반선의 화물창에 단열 보냉층을 추가로 마련하여 외부로부터의 잠입열량에 의한 증발가스의 생성을 최대한 억제하고, 이를 통해 불필요한 경제적 손실을 줄일 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 액화천연가스를 저장하는 운반선의 화물창이 내부 저장공간(10)을 형성하는 1차 멤브레인 금속패널(12)과, 상기 1차 멤브레인 금속패널(12)의 배면에 결합된 1차 단열층(14), 상기 1차 단열층(14)의 배면에 결합된 2차 멤브레인 금속패널(16), 상기 2차 멤브레인 금속패널(16)의 배면에 결합된 2차 단열층(18) 및, 상기 2차 단열층(18)의 배면에 이격되게 설치되어 상기 화물창의 상부 전체부위에 대한 외측 표면을 형성하는 이너덱(20)으로 이루어지고, 상기 이너덱(20)의 표면에는 폴리우레탄 폼이 발포되어 소정 두께를 가지는 단열 보냉층(22)이 형성된 것을 특징으로 한다.

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Description

액화천연가스 운반선 화물창의 단열 구조{Insulation structure of cargo hold in LNG carrier}

본 고안은 액화천연가스 운반선 화물창의 단열 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액화천연가스 운반선의 화물창 외부에 단열 보냉층을 형성하여 외부로부터 화물창의 내부로 열 침입을 효과적으로 차단할 수 있도록 하는 액화천연가스 운반선 화물창의 단열 구조에 관한 것이다.

일반적으로 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas)는 대기압하에서 비등점이 -162℃인 초저온 액체이기 때문에 화물창이 다중구조의 단열탱크로 이루어진 운반선에 의해 운송된다. 이때 운반선의 단열탱크는 극저온에서 취성이 강한 물성을 가지는 멤브레인 금속패널을 이용하여 온도와 하중의 변화에 대응하여 팽창과 수축이 가능하도록 설계 및 제작된다.

그리고, 비등점이 -162℃ 의 극저온인 액화천연가스를 안전하게 저장하기 위한 단열탱크는 멤브레인 금속패널로 이루어진 내부 구조물과, 상기 내부 구조물의 주위를 둘러싸고서 외부에서의 잠입열량에 의한 증발가스(BOG; Boiled-Off Gas)의 발생을 최소화하는 단열 구조물로 구성된다.

이 경우, 내부 구조물을 형성하는 멤브레인 금속패널은 -162℃의 극저온 상태의 액화천연가스와 직접적으로 접촉하게 되므로 응력변화에 대응할 수 있는 인바(Invar), 9% 니켈강 등을 사용한다. 또한, 상기 멤브레인 금속패널은 반복적인 온도 변화 및 저장액체의 하중변화에 팽창 및 수축이 용이하도록 중앙부가 융기된 주름부(corrugation)를 형성하고 있으며, 다수의 멤브레인 금속패널 모서리부위는 겹치기 이음방식에 의한 용접으로 상호 결합되어 탱크의 기밀성을 확보하게 된다.

그런데, 상기와 같은 구조의 화물창을 구비한 운반선에서도 액화천연가스의 기화에 따른 증발가스의 발생이 수반되는 데, 이때 발생된 증발가스의 양이 210 k CBM(Cubic Meter) 이상인 경우에는 재 액화장치를 이용하여 증발된 가스를 다시 액화시키고, 증발가스의 양이 210 k CBM 미만의 경우에는 증발가스를 연료로 사용하고 남는 증발가스는 연소시켜 소모하게 된다.

이 결과, 종래 재 액화장치를 이용하여 증발가스를 다시 액화시켜 저장하는 경우에는 증발가스의 불필요한 소모없이 100% 다시 저장할 수 있으나, 재 액화장치를 갖추는 데 많은 비용이 소요될 뿐만 아니라 재 액화장치의 유지 및 보수에 지속적인 비용의 발생이 수반되므로 경제적으로 부담되는 문제를 내재하고 있다.

또한, 증발가스를 대기중에서 연소시켜 소모하는 경우에는 불필요한 자원의 낭비를 초래하게 되므로, 이에 대한 대응 방안이 요구되고 있는 실정이다.

이에 본 고안은 상기와 같은 제반 사안들을 감안하여 안출된 것으로, 액화천연가스 운반선의 화물창에 단열 보냉층을 추가로 마련하여 외부로부터의 잠입열량에 의한 증발가스의 생성을 최대한 억제하고, 이를 통해 불필요한 경제적 손실을 줄일 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 액화천연가스를 저장하는 운반선의 화물창이 내부 저장공간을 형성하는 1차 멤브레인 금속패널과, 상기 1차 멤브레인 금속패널의 배면에 결합된 1차 단열층, 상기 1차 단열층의 배면에 결합된 2차 멤브레인 금속패널, 상기 2차 멤브레인 금속패널의 배면에 결합된 2차 단열층 및, 상기 2차 단열층의 배면에 이격되게 설치되어 상기 화물창의 상부 전체부위에 대한 외측 표면을 형성하는 이너덱으로 이루어지고, 상기 이너덱의 표면에는 폴리우레탄 폼이 발포되어 소정 두께를 가지는 단열 보냉층이 형성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 고안에 있어, 상기 단열 보냉층은 상기 이너덱의 상측부 전체부위에 걸쳐 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 고안에 따른 액화천연가스 운반선 화물창의 단열 구조에 의하면, 액화천연가스를 운반하는 단열탱크를 갖춘 선박의 화물창에 있어 단열탱크의 전 부위중 외부로부터의 잠입열량에 가장 취약한 부위로 폴리우레탄 폼을 발포 및 충전하여 추가의 단열 보냉층을 형성함으로써, 외부로부터의 잠입열량에 의한 증발가스의 생성을 최대로 억제할 수 있게 된다.

또한, 상기와 같이 추가의 단열 보냉층을 매개로 증발가스의 생성을 최소화하게 되면, 생성된 증발가스의 처리에 소요되는 재 액화장치와 같은 고가의 설비를 갖추지 않아도 될 뿐만 아니라, 생성된 증발가스의 연소 소모에 따른 불필요한 경제적 손실을 원천적으로 배제할 수 있는 효과를 얻을 수 있게 된다.

이하, 본 고안의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안이 적용된 액화천연가스 운반선의 화물창을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 있어 단열 보냉층이 형성된 부위를 부분적으로 도시한 단면도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 액화천연가스 운반선의 화물창은 선체를 따라 상호 격리되는 형태로 배치되는 다수의 단열탱크로 이루어지는 데, 각각의 단열탱크는 내부에 소정 용적의 저장공간(10)을 구비한다. 상기 화물창의 내부 저장공간(10)은 다수의 단열 구조물에 의해 다각형상의 단면을 가지는 중공형상의 입방체에 의해 형성된다.

이를 위해 상기 화물창을 구성하는 단열 구조물은 액화천연가스와 직접 접촉하도록 내부 저장공간(10)을 형성하는 1차 멤브레인 금속패널(12)과, 상기 1차 멤브레인 금속패널(12)의 배면에 결합되는 1차 단열층(14), 상기 1차 단열층(14)의 배면에 결합되는 2차 멤브레인 금속패널(16), 상기 2차 멤브레인 금속패널(16)의 배면에 결합되는 2차 단열층(18) 및, 상기 2차 단열층(18)의 배면에서 이격된 상태로 설치되어 상기 화물창의 상부 전체부위에 대한 외측 표면을 형성하고 선체의 외벽(Hull) 부위와 이격된 상태로 배치되는 이너덱(20;Inner deck)을 포함하여 구성된다.

이 경우, 상기 1차 멤브레인 금속패널(12)과 상기 2차 멤브레인 금속패널(16)은 각각 두께가 대략 0.7 mm 정도의 박판으로 이루어지는 데, 상기 박판은 100℃ 이하에서 열팽창계수가 1/100만 전후의 정도로 작은 합금(Invar)으로서 상온에서는 온도의 변화에 따라 변형이 거의 수반되지 않는 특성을 갖고 있다.

그리고, 상기 1차 단열층(14)과 상기 2차 단열층(18)은 각각 입방체 형상이면서 내부에 빈 공간을 형성하는 목재상자내에 단열재의 일종인 펄라이트(Perlite)를 충전하여 이루어진다.

또한, 상기 1차 단열층(14)과 상기 2차 단열층(18) 사이에는 상기 내부 저장공간(10)으로 저장되는 액화천연가스의 중량을 분산하여 지지하도록 다수의 하중전달용 지지대가 설치되고, 상기 2차 단열층(18)의 배면에는 에폭시수지가 도포되어 상기 이너덱(20)과 소정의 이격거리를 두고 있다.

한편, 상기와 같은 구조의 화물창에 있어, 상기 이너덱(20)의 표면에는 폴리 우레탄 폼(Polyurethane Foam)이 발포되어 소정 두께를 가지는 층상 구조물의 형태인 단열 보냉층(22)이 형성된다. 이때 상기와 같이 폴리우레탄 폼의 발포 및 충전에 따라 형성되는 단열 보냉층(22)은 상기 이너덱(20)의 전 부위중에서 잠입열량에 대해 가장 취약한 상측부 전 부위에 걸쳐 마련되는 것이 바람직하다.

이는 상기 화물창의 저면측 전체부위 및 측면측의 절반 부위는 선체에 있어 흘수선 아래에 위치하는 부위이기 때문에 항상 해수로부터 냉각될 수 있는 부위이므로 외부로부터의 잠입열량이 최소화될 수 있음에 반해, 상기 화물창의 상측부 전체부위는 선체의 내부에서 대기와 직접적으로 맞닿은 부위에 해당하므로 선체로부터 상당한 수준의 열침입을 받기 때문에 보다 적극적으로 잠입열량을 차단해야 하기 때문이다.

따라서, 본 고안에 따른 액화천연가스 운반선 화물창의 단열 구조에 있어 상기 단열 보냉층(22)은 화물창의 상측부 전체부위에 표면에 걸쳐 폴리우레탄 폼을 발포 충전시켜 소정 두께의 단열을 위한 보냉층을 형성하는 것이 바람직하다. 다만, 선체의 내부에 있어 화물창의 배치구조가 변경될 경우에는 상기 단열 보냉층(22)은 상기 이너덱(20)의 전체부위의 표면에 걸쳐 형성되어도 무방하다.

한편, 상기와 같은 구조의 본 고안에 의하면, 액화천연가스를 운반하는 단열탱크를 갖춘 선박의 화물창을 구성하는 단열탱크에 있어 외부로부터의 잠입열량에 가장 취약한 부위에 폴리우레탄 폼을 발포 충전하여 단열 보냉층(22)을 형성함에 따라, 외부로부터의 잠입열량에 의해 내부 저장공간(10)내에서 증발가스의 생성이 최대로 억제될 수 있게 된다.

아울러, 상기와 같이 단열 보냉층(22)을 매개로 화물창의 내부 저장공간(10)내에서 증발가스의 생성을 최소화하게 되면, 증발가스의 처리에 소요되는 재 액화장치와 같은 고가의 설비를 갖추지 않아도 되고, 생성된 증발가스의 연소 소모에 따른 불필요한 경제적 손실을 줄일 수 있게 된다.

도면중 미설명 부호 24는 1차 단열층(14)과 2차 단열층(18) 사이의 모서리부위에 설치된 단열층으로서 목재상자의 내부에 펄라이트를 충전한 형태의 단열 구조물이고, 26은 1차 단열층(14)과 2차 단열층(18) 사이의 모서리부위에 충전된 단열재 유리섬유이다.

이상에서 첨부된 도면을 참조로 하여 본 고안의 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 본 고안은 상술한 특정의 실시예에 한정되는 것이 아니며, 이하에서 기술되는 청구범위에 기재된 본 고안의 기술적 사상의 범위 내에서 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자로부터 다양한 형태의 개량이나 변형 실시가 가능함은 물론이다.

도 1은 본 고안이 적용된 액화천연가스 운반선의 화물창을 개략적으로 도시한 사시도.

도 2는 도 1에 있어 단열 보냉층이 형성된 부위를 부분적으로 도시한 단면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10-내부 저장공간 12-1차 멤브레인 금속패널

14-1차 단열층 16-2차 멤브레인 금속패널

18-2차 단열층 20-이너덱

22-단열 보냉층

Claims (2)

1. 액화천연가스를 저장하는 운반선의 화물창 단열 구조에 있어서,

   상기 화물창은 내부 저장공간을 형성하는 1차 멤브레인 금속패널과, 상기 1차 멤브레인 금속패널의 배면에 결합된 1차 단열층, 상기 1차 단열층의 배면에 결합된 2차 멤브레인 금속패널, 상기 2차 멤브레인 금속패널의 배면에 결합된 2차 단열층 및, 상기 2차 단열층의 배면에 이격되게 설치되어 상기 화물창의 상부 전체부위에 대한 외측 표면을 형성하는 이너덱으로 이루어지고, 상기 이너덱의 표면에는 폴리우레탄 폼이 발포되어 소정 두께를 가지는 단열 보냉층이 형성된 것을 특징으로 하는 액화천연가스 운반선 화물창의 단열 구조.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 단열 보냉층은 상기 이너덱의 상측부 전체부위에 걸쳐 형성되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 운반선 화물창의 단열 구조.

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