KR20090098062A - 액화천연가스 운반선 화물창의 코너패널 및 그 제조방법 - Google Patents

액화천연가스 운반선 화물창의 코너패널 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

개시된 본 발명에 의한 액화천연가스 운반선 화물창의 코너패널은 화물창의 코너부에 설치되는 것으로, 화물창의 코너부 형상에 대응하게 굽은 금속판과, 금속판의 후면에 결합되고 화물창의 코너부 형상에 대응하게 굽은 복합재료패널을 포함한다. 복합재료패널은 복합재료 프리프레그(Prepreg) 또는 복합재료 SMC(Sheet molding compound)로 이루어진다. 본 발명에 의한 코너패널은 단열성 및 압축강도가 우수한 복합재료를 사용함으로써 화물창의 단열성능을 향상시키고, 코너부의 수축량을 감소시킨다.

Description

액화천연가스 운반선 화물창의 코너패널 및 그 제조방법{CORNER PANEL FOR CARGO CONTAINMENT SYSTEM OF LNG SHIP AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}
본 발명은 액화천연가스 운반선 화물창에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액화천연가스 운반선 화물창의 코너부에 설치되는 코너패널 및 그 제조방법에 대한 것이다.
액화천연가스 운반선 화물창(Cargo Containment System)은 약 -165℃의 초저온 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, LNG)를 저장 및 운반하기 위한 것으로 구형 타입(Spherical Type)과 멤브레인 타입(Membrane Type)이 있다. 멤브레인 타입의 화물창은 구형 타입의 화물창보다 적재용량이 크고 제작이 간편하여 현재 가장 널리 사용되고 있다.
멤브레인 타입의 화물창으로는 프랑스 가즈트랜스포트 이트 테크니가즈(Gaz Transport and Technigaz, GTT)사에 의하여 개발된 가즈트랜스포트 시스템(Gaz Transport System)과, 테크니가즈 시스템(Technigaz System)이 대표적이다. 멤브레인 타입의 화물창은 액화천연가스를 초저온으로 유지하기 위해 그 단열구조가 매우 중요하며, 특히 화물창의 코너부(Corner portion)는 응력집중이 발생할 수 있기 때 문에 단열성능과 함께 내압성능을 고려해야 한다.
코너패널은 화물창을 구획 형성하는 프레임의 코너부에 설치되며, 제 1,2 방벽층 및 제 1,2 단열재층과 함께 화물창의 단열구조를 형성한다. 코너패널은 플라이우드(Ply wood), 단열폼 및 금속판으로 구성된다. 금속판은 코너부의 형상에 대응하도록 굽은 형상으로 이루어지고, 금속판의 후면에 코너부에 작용하는 높은 하중을 지탱하기 위한 복수의 플라이우드가 스터드볼트에 의해 결합된다. 플라이우드와 플라이우드의 사이에는 간극을 채우기 위한 단열폼이 개재된다. 코너패널의 전면에 구비되는 금속판은 스테인리스강으로 이루어지는 1차 방벽층에 용접되고, 코너패널의 후면은 2차 방벽층과 접착제에 의해 접착된다.
그런데, 종래 코너패널은 플라이우드가 코너부에서 1차 방벽층 역학을 하는 두꺼운 스테인리스 판에 스터드볼트에 의해 결합되는 구조로 이루어져 있기 때문에, 조립시간이 길어지고 이에 의해 생산성이 떨어진다.
또한, 종래 코너패널은 두꺼운 금속판(약 10t)과 플라이우드를 사용하기 때문에 단열폼만으로 구성되는 것에 비해 열전도도가 크고 및 무게가 무거운 단점이 있다.
또한, 종래 코너패널은 코너부에 집중되는 하중을 견디기 위해 그 일면의 금속판이 스테인리스강 재질의 1차 방벽층보다 두껍게 만들어진다. 따라서, 금속판과 1차 방벽층의 굽힘강성이 다르기 때문에, 액화천연가스의 하중 또는 온도 변화에 의해 굽힘 변형이 발생할 때 이들의 용접 부위에서 응력집중이 발생하는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 단열성능 및 생산성이 향상되고, 응력집중을 줄일 수 있는 액화천연가스 운반선 화물창용 코너패널 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 액화천연가스 운반선 화물창의 코너패널은 화물창의 코너부에 설치되고, 상기 화물창의 코너부 형상에 대응하게 굽은 금속판과, 상기 금속판의 후면에 결합되고 상기 화물창의 코너부 형상에 대응 하게 굽은 복합재료패널을 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액화천연가스 운반선 화물창의 코너부에 설치되는 코너패널을 제조하는 방법은, 상기 코너부에 대응하게 굽은 금속판을 준비하는 단계와, 복합재료패널을 상기 코너부에 대응하게 굽도록 압축성형하는 단계와, 상기 압축성형된 복합재료패널을 상기 금속판의 후면에 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액화천연가스 운반선 화물창의 코너부에 설치되는 코너패널을 제조하는 방법은, 상기 코너부에 대응하게 굽은 금속판을 준비하는 단계와, 상기 코너부에 대응하게 굽은 단열재층을 준비하는 단계와, 복합재료패널을 상기 코너부에 대응하게 굽힘 성형하는 단계와, 상기 복합재료패널 및 상기 단열재층을 RTM(Resin transfer molding)금형에 넣은 후 상기 RTM금형에 수지를 주입하여 상기 복합재료패널 및 상기 단열재층을 상호 부착시키는 단계와, 상기 단열재층이 부착된 상기 복합재료패널을 상기 금속판의 후면에 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액화천연가스 운반선 화물창의 코너부에 설치되는 코너패널을 제조하는 방법은, 상기 코너부에 대응하게 굽은 금속판을 준비하는 단계와, 상기 코너부에 대응하게 굽은 복수의 섬유보강재를 RTM(Resin transfer molding)금형 내부에 배치한 후 상기 RTM금형에 수지를 주입하여 복합재료패널을 제조하는 단계와, 상기 복수의 복합재료패널을 상기 금속판의 후면에 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명에 의한 코너패널은 플라이우드와 단열재층이 스터드볼트에 의해 결합된 종래 코너패널에 비해 볼팅 공정을 줄일 수 있어서 조립이 용이하고, 생산성이 향상되며, 구성부품이 적어 무게가 가볍다.
또한, 본 발명에 의한 코너패널은 단열성 및 압축강도가 우수한 복합재료를 사용함으로써 화물창의 단열성능을 향상시키고, 코너부의 수축량을 감소시킨다. 그리고, 압축강도가 우수한 복합재료로 인해 금속판의 두께를 1차 방벽층의 두께 수준으로 감소시킬 수 있어서 금속판과 1차 방벽층 사이의 용접 부위에서의 응력집중을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 코너패널은 접지기능을 가짐으로써 화물창의 단열구조에서 정전기 발생에 의한 폭발의 위험성을 감소시킨다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일실시예에 의한 액화천연가스 운반선 화물창의 코너패널에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 코너패널이 액화천연가스 운반선 화물창에 설치된 상태를 나타낸 것이다.
도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 코너패널(30)은 화물창을 구획 형성하는 프레임(11)의 코너부(12)에 설치되고, 제 1 방벽층(13), 제 1 단열재층(14), 제 2 방벽층(15) 및 제 2 단열재층(16)과 함께 액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조를 형성한다. 코너패널(30)은 1차 방벽층(13)과 용접 결합되고, 2차 방벽층(15)과 접착제에 의해 상호 접착된다.
코너패널(30)은 금속판(31)과, 금속판(31)의 후면에 결합된 복합재료패널(32)를 포함한다. 금속판(31)은 스테인리스강과 같은 금속재질로 이루어지고 코너부(12)의 형상에 대응하도록 굽은 형상을 갖는다. 금속판(31)은 일단부가 화물창의 바닥을 이루는 1차 방벽층(13)과 용접 결합되고, 타단부가 화물창의 내벽을 이루는 1차 방벽층(13)과 용접 결합된다. 금속판(31)의 두께는 이와 결합되는 1차 방벽층(13)의 두께와 유사한 두께로 이루어진다. 따라서, 화물창에 수용되는 액화천연가스에 의한 하중이나, 온도 변화에 의해 코너부(12)에 굽힘 변형이 발생될 때 금속판(31) 및 1차 방벽층(13)의 용접 부위에서의 응력집중이 줄어든다.
복합재료패널(32)은 코너부(12)의 형상에 대응하도록 굽은 형상으로 이루어지고, 금속판(31)의 후면에 결합된다. 복합재료패널(32)과 금속판(31)의 결합은 볼팅(Bolting), 리벳팅(Rivetting), 용접 또는 접착제를 통한 접착 등의 방법이 이용될 수 있다. 복합재료패널(32)은 섬유보강재와 수지재의 기지(matrix)를 포함하는 복합재료 프리프레그(Prepreg)나, 복합재료 SMC(Sheet molding compound)로 이루어진다. 이러한 일체형의 복합재료패널(32)은 단열성능이 우수하고 압축강도가 크기 때문에, 화물창 코너부(12)의 단열성능을 향상시키고, 극저온 상태에서의 수축량을 감소시킬 수 있다.
복합재료패널(32)은 화물창의 단열구조에서 정전기 발생에 의한 사고를 막기 위해 접지기능을 갖는다. 이를 위해 복합재료패널(32)의 표면에는 카본블랙(Carbon black)이나, 금속입자로 이루어진 전도성물질층(33)이 도포되고, 복합재료패널(32) 의 내부에는 금속와이어(34)가 삽입된다. 물론, 접지기능을 위해 전도성물질층(33)과 금속와이어(34) 중 어느 하나만 구비되는 구성도 가능하다.
도 2는 복합재료패널(32)을 압축성형하는 과정을 설명하기 위한 것이다. 복합재료패널(32)은 복합재료 프리프레그(Prepreg)나, 복합재료 SMC(Sheet molding compound)를 코너부(12)에 대응하는 형상을 갖는 압축금형(40)에 넣고 압축시키는 것에 의해 제조된다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 코너패널(50)이 화물창의 코너부(12)에 설치된 상태를 나타낸 것이다.
도 3에 도시된 실시예에 의한 코너패널(50)은 코너부(12)의 형상에 대응하도록 각각 굽힘 가공된 금속판(51), 복합재료패널(52) 및 단열재층(53)를 포함하는 샌드위치구조로 이루어진다. 접지기능을 위해 복합재료패널(52) 및 단열재층(53)으로 이루어진 결합체의 표면에 접지기능을 위한 전도성물질층(54)이 도포되고, 상기 결합체의 내부에 금속와이어(55)가 삽입된다. 복합재료패널(52)는 볼팅(Bolting), 리벳팅(Rivetting), 용접 또는 접착제를 통한 접착 등의 방법으로 금속판(51)의 후면에 결합된다. 폴리우레탄폼과 같은 단열성 재질로 이루어진 단열재층(53)은 그 후면이 접착제에 의해 2차 방벽층(15)의 전면에 접착된다. 복합재료패널(52)과 단열재층(53)은 동시경화법을 적용한 압축성형법 또는 HSRTM(High speed resin transfer molding)방법을 통해 상호 결합된다.
도 4는 복합재료패널(52)과 단열재층(53)을 압축성형법으로 상호 결합하는 과정을 설명하기 위한 것이다. 압축성형법으로 복합재료패널(52)과 단열재층(53)을 결합할 경우, 단열재층(53)의 위에 복합재료 프리프레그나, 복합재료 SMC를 적층하고, 이들을 압축금형(60)으로 압축하면서 열을 가한다. 이때, 복합재료패널(52)의 수지가 녹아 복합재료패널(52)과 단열재층(53) 사이의 경계면으로 이동하고, 이 경계면으로 이동한 수지가 경화되면서 복합재료패널(52)과 단열재층(53)이 상호 결합된다.
도 5a 및 5b는 복합재료패널(52)과 단열재층(53)을 HSRTM방법으로 상호 결합하는 방법을 나타낸 것이다.
이 방법으로 복합재료패널(52)과 단열재층(53)을 상호 결합할 때, 먼저 도 6a에 도시된 것과 같이 수지 함침량이 적은 복합재료 프리프레그나, 복합재료 SMC를 압축금형(71)에 넣고 코너부(12)에 대응하는 형상으로 굽힘 가공하여 복합재료패널(52)을 만든다. 그리고, 도 6b에 도시된 것과 같이, 복합재료패널(52)과 단열재층(53)을 RTM금형(72)에 넣고 수지를 주입한다. 수지를 주입할 때 공정시간 단축을 위해 RTM금형(72)의 내부를 진공상태로 만들 수 있다. RTM금형(72)의 수지주입구(73)를 통해 수지를 주입할 때, RTM금형(72) 내부의 공기는 RTM금형(72)에 형성된 공기배출구(74)를 통해 외부로 배출되고, 주입된 수지가 복합재료패널(52)에 합침되면서 복합재료패널(52)과 단열재층(53)이 상호 결합된다.
한편, 도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 의한 코너패널의 복합재료패널을 RTM(Resin transfer molding)성형법으로 제조하는 과정을 설명하기 위한 것이다.
먼저, 복합재료패널에 대응하는 성형공간을 갖는 RTM금형(91)의 내부에 코너부(12)에 대응하게 굽은 복수의 섬유보강재(81)를 상호 이격되도록 배치한다. 그리 고, 수지공급구(92)를 통해 수지를 주입한다. 이때, 공정시간의 단축을 위해 RTM금형(91)의 내부를 진공으로 만들 수 있다. 주입된 수지는 각 섬유보강재(81) 내부로 함침됨과 동시에 복수의 섬유보강재(81) 사이에 충전된다. 마지막으로, 수지를 경화시키면 코너부(12) 형상에 대응하도록 굽은 일체형의 복합재료패널이 완성된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 액화천연가스 운반선 화물창의 코너패널이 화물창의 코너부에 설치된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 코너패널의 복합재료패널을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 액화천연가스 운반선 화물창의 코너패널이 화물창의 코너부에 설치된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 코너패널의 복합재료패널 및 단열재층을 압축성형법으로 결합하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 및 5b는 도 3에 도시된 코너패널의 복합재료패널 및 단열재층을 HSRTM방법으로 결합하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 의한 코너패널의 복합재료패널을 RTM성형법으로 제조하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
12...코너부 13,15...제 1,2 방벽층
14,16...제 1,2 단열재층 30,50...코너패널
31,51...금속판 32,52...복합재료패널
33,54...전도성물질층 34,55...금속와이어
40,60,71...압축금형 53...단열재층
71,91...RTM금형

Claims (10)

  1. 액화천연가스 운반선 화물창의 코너부에 설치되는 코너패널에 있어서,
    상기 화물창의 코너부 형상에 대응하게 굽은 금속판과;
    상기 금속판의 후면에 결합되고 상기 화물창의 코너부 형상에 대응하게 굽은 복합재료패널;을 포함하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 운반선 화물창의 코너패널.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복합재료패널은 복합재료 프리프레그(Prepreg) 또는 복합재료 SMC(Sheet molding compound)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 운반선 화물창의 코너패널.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복합재료패널의 표면에는 접지를 위한 전도성물질층이 도포된 것을 특징으로 하는 액화천연가스 운반선 화물창의 코너패널.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복합재료패널에는 접지를 위한 금속와이어가 삽입된 것을 특징으로 하는 액화천연가스 운반선 화물창의 코너패널.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복합재료패널의 후면에 단열재층이 결합되어 샌드위치 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 액화천연가스 운반선 화물창의 코너패널.
  6. 액화천연가스 운반선 화물창의 코너부에 설치되는 코너패널을 제조하는 방법에 있어서,
    상기 코너부에 대응하게 굽은 금속판을 준비하는 단계와;
    복합재료패널을 상기 코너부에 대응하게 굽도록 압축성형하는 단계와;
    상기 압축성형된 복합재료패널을 상기 금속판의 후면에 결합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 운반선 화물창의 코너부 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 복합재료패널과 상기 금속판을 결합하기 전에 상기 복합재료패널이 접지기능을 가질 수 있도록 상기 복합재료패널의 표면에 전도성물질층을 도포하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 운반선 화물창의 코너패널 제조방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 복합재료패널과 상기 금속판을 결합하기 전에 상기 복합재료패널이 접 지기능을 가질 수 있도록 상기 복합재료패널에 금속와이어를 삽입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 운반선 화물창의 코너패널 제조방법.
  9. 액화천연가스 운반선 화물창의 코너부에 설치되는 코너패널을 제조하는 방법에 있어서,
    상기 코너부에 대응하게 굽은 금속판을 준비하는 단계와;
    상기 코너부에 대응하게 굽은 단열재층을 준비하는 단계와;
    복합재료패널용 보강재를 상기 코너부에 대응하게 굽힘 가공하는 단계와;
    상기 복합재료패널 및 상기 단열재층을 RTM(Resin transfer molding)금형에 넣은 후 상기 RTM금형에 수지를 주입하여 상기 복합재료패널 및 상기 단열재층을 상호 부착시키는 단계와;
    상기 단열재층이 부착된 상기 복합재료패널을 상기 금속판의 후면에 결합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 운반선 화물창의 코너패널 제조방법.
  10. 액화천연가스 운반선 화물창의 코너부에 설치되는 코너패널을 제조하는 방법에 있어서,
    상기 코너부에 대응하게 굽은 금속판을 준비하는 단계와;
    상기 코너부에 대응하게 굽은 복수의 섬유보강재를 RTM(Resin transfer molding)금형 내부에 배치한 후 상기 RTM금형에 수지를 주입하여 복합재료패널을 제조하는 단계와;
    상기 복수의 복합재료패널을 상기 금속판의 후면에 결합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 운반선 화물창의 코너패널 제조방법.
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