KR20100109778A - 격자형 배플 구조체를 갖는 화물창의 슬러싱 충격 완화장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화물창의 슬러싱 충격 완화장치에 관한 것이며, 그 목적은 슬러싱에 의한 충격력이 집중되는 화물창 코너부에 설치 구성하되, 액체화물의 유동특성 및 이에 따른 슬러싱 충격력의 위치별 변화에 대응하여 충격력의 고른 분산과 상쇄를 만족시킬 수 있는 슬러싱 충격 완화장치를 제공함에 있다.
본 발명은 화물창의 바닥패널의 코너부인 삼각구조의 바닥영역 상부면에 제1배플판과 제2배플판이 교차 구조로 이루어지는 바닥배플부재와; 이 바닥배플부재와 연결되어 화물창의 하부 경사패널의 코너부인 사각구조의 바닥영역 상부면에 제3배플판과 제4배플판이 교차 구조로 이루어진 경사배플부재로 이루어진 격자형 배플 구조체를 구비하는 화물창 슬러싱 충격 완화장치에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.
액화천연가스운반선, 멤브레인형 단열시스템, 화물창, 슬러싱 충격

Description

격자형 배플 구조체를 갖는 화물창의 슬러싱 충격 완화장치{Sloshing impact reducing device}
본 발명은 멤브레인 타입 LNG 선박의 화물장 내에서 발생되는 슬러싱 충격으로부터 화물창의 1차 방벽, 단열재 및 선체의 손상을 방지하기 위한 화물창의 충격 완화장치에 대한 것이다.
극저온(약 -163℃ 정도)의 액화천연가스(LNG: Liquefied Natural Gas)를 화물창(Cargo Tank) 내에 저장하여 운반하는 액화천연가스운반선에서는 극저온에 의한 선체의 취성(脆性)파괴 등을 우려하여 특수구조로 된 화물창을 설치하여야 하며, 이러한 특수구조는 선체 또는 화물창의 구조재를 극저온의 액화천연가스와 단열 및 차단시키기 위한 구조로서, 선체의 구조재 내부에 내저온성이 강한 방벽과 이러한 방벽 사이에 단열재를 매개하는 이른바, 멤브레인(Membrane) 방식이 많이 사용된다.
상기 멤브레인 방식의 저장탱크 단열구조는 열전달을 효과적으로 차단하는 재료와 액화천연가스 밀봉기능을 가지는 금속패널로 구성되며 금속패널을 구성하는 금속재료는 저온취성에 강한 재질이 사용되며, 금속패널은 액화천연가스를 저장탱크 내에 주입 시 또는 제거 시 발생하는 온도와 하중의 변화에 대응하여 팽창 및 수축을 할 수 있도록 설계 및 제작된다.
현재, 상업적으로 적용되고 있는 단열방법은 외부 단열방법과 내부 단열방법이 있으며, 상기 내부 단열방법은 용기 외함의 온도를 외기온도와 유사하게 제어할 수 있으므로, 저온용 소재의 적용과 같은 소재 사용에 제약이 없는 장점이 있다. 이와 같은 내부 단열방법에는 미국의 맥도널 더글라스사의 중간방벽구조(미국특허 제 484358호)를 기초로 2중방벽 구조를 가지는 프랑스 지티티(GTT)사의 멤브레인형 단열시스템이 알려져 있다.
그러나, 해상에서 운용되는 액화천연가스운반선(LNGC) 또는 한 곳에 정박되어 운용되는 부유식액화천연가스저장 기화설비(FSRU: Floating Storage Regasfication Unit)와 같은 해상구조물은 해상 상태 즉, 파도나 해풍에 의해 전체 구조물이 동요를 받게 되며, 이러한 구조물 자체의 동요에 의해서 상기 화물창 내에 보관된 액화천연가스가 함께 유동하게 된다. 이때, 유동하는 액화천연가스는 상기 화물창의 내부를 강타하게 되는데, 이러한 현상을 슬러싱 충격(Sloshing Impact)이라고 한다.
이러한 슬러싱으로 인한 화물창 내부 손상은 화물창의 크기가 커질수록 높아지는 경향이 있어, 이러한 화물창의 크기를 대형으로 결정하는 데 많은 제약으로 작용된다. 특히 특정해역에서 장기간 정박하여 운용되는 부유식 액화천연가스저장기화설비의 경우 및 해상환경이 나쁜 지역을 운항하는 액화천연가스운반선의 경우 에는 이러한 슬러싱으로 인한 제약이 매우 중요한 설계인자가 되고 있다.
따라서, 액화천연가스를 저장하고 운용하는 액화천연가스운반선 또는 부유식액화천연가스 저장기화설비의 대형 화물창에 적용할 수 있는 액화천연가스 슬러싱 감소 기능을 갖는 화물창에 대한 필요성이 요구된다.
종래에는 상기와 같은 화물창 내의 슬러싱을 억제하기 위하여, 화물창 내에 안티 슬로싱 벌크헤드를 설치하는 방법(특허등록 제 0785475 호), 저장탱크의 상면에 완만한 경사를 갖는 턱을 형성하는 방법(실용신안등록 제 0333611 호), 저장탱크의 전면상부 및 측면상부에 일정기울기를 구비하는 챔퍼를 형성하는 방법(실용신안등록 제 0340531 호) 등이 있으나, 이와 같은 종래의 방법들은 화물창 내에 전체적으로 설치되거나, 화물창 구조를 변형하는 것으로, 많은 설치작업시간이 소요되고, 액체화물의 저장공간을 감소시키며, 액체화물의 급격한 온도변화에 신속하게 대응하기 어려운 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 슬러싱 충격력이 집중되는 화물창 부위에 1차 방벽에 대해 격자형 배플 구조체를 설치하여, 슬러싱에 의한 충격력이 격자형 배플 구조체에 고르게 작용하도록 함으로서, 슬러싱 충격력에 의한 선체의 충격 손상을 방지할 수 있는 슬러싱 충격 완화 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 기존의 화물창 내부 구조의 큰 변화 없이 격자형의 배플 구조체를 간단히 설치 구성할 있어, 설치 변경에 의한 보수비용 및 보수작업의 편리성을 증대할 수 있는 선박 화물창의 슬러싱 충격 완화 장치를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 과제를 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 본 발명은 바닥패널과, 상기 바닥패널의 좌우측 끝단부로부터 외측 상방향으로 경사지게 연장된 하부 경사패널과, 상기 바닥패널의 전후 끝단부로부터 수직 상부로 연장되게 형성된 전후 수직패널을 갖는 화물창의 슬러싱 충격 완화 장치에 있어서,
상기 바닥패널과 하부 경사패널의 경계선과, 바닥패널과 수직패널의 경계선과, 상기 경계선의 어느 한점과 상기 경계선을 잇는 경계선으로 이루어지는 삼각구조의 바닥영역 상부면에 경계선과 평행하게 설치되는 다수개의 제1배플판과, 경계 선과 평행한 다수개의 제2배플판들이 교차 구조로 이루어지는 바닥배플부재; 및
상기 바닥배플부재가 설치된 경계선과, 하부 경사패널과 전후 수직패널의 경계선을 마주하는 두변으로 하는 사각구조의 바닥영역 상부면에 경계선과 평행하게 설치되는 다수개의 제3배플판과, 경계선과 평행한 다수개의 제4배플판들이 교차 구조로 이루어지는 경사배플부재로 이루어진 격자형 배플 구조체를 구비한 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 수단으로부터 본 발명은 슬러싱 충격력이 집중되는 화물창 내 코너부에 격자형 배플 구조체를 집중 배치하되, 코너부 주위로부터 그 중심을 향하며 달리되는 유체의 유동특성 및 이에 따른 슬러싱 충격력의 위치별 변화에 대응하여 충격력의 고른 분산과 상쇄를 만족시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 기존 화물창 내에 부분적인 설치가 가능하므로, 화물창 전체의 구조를 변형시킬 필요가 없다.
또한, 본 발명은 슬로싱을 감소시킬 수 있어, 화물창의 초대형화를 구현할 수 있다.
본 발명에 따른 격자형 배플구조체는 저수위를 구비하는 액체화물의 유동 억제에 그 효율을 증대시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 기존 화물창의 단면 예시도를, 도 2는 본 발명에 따른 격자형 배플구조체를 갖는 화물창의 단면 예시도를, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 격자형 배플구조체의 구성을 보인 예시도를, 도 5는 본 발명에 따른 격자형 배플구조체의 요부 확대도를 도시한 것이다.
본 발명에 따른 격자형 배플 구조체에 의한 화물창의 슬러싱 충격 완화 장치는, 바닥패널(2)과, 상기 바닥패널(2)의 좌우측 끝단부로부터 외측 상방향으로 경사지게 연장된 하부 경사패널(3)과, 상기 바닥패널(2)의 전후 끝단부로부터 수직 상부로 연장되게 형성된 전후 수직패널(4)을 갖는 화물창(1)의 슬러싱 충격 완화 장치에 있어서,
상기 바닥패널(2)과 하부 경사패널(3)의 경계선(L1)과, 바닥패널(2)과 수직패널(4)의 경계선(L2)과, 상기 경계선(L1)의 어느 한점과 상기 경계선(L2)을 잇는 경계선(L3)으로 이루어지는 삼각구조의 바닥영역(S20) 상부면에 경계선(L1)과 평행하게 설치되는 다수개의 제1배플판(21)과, 경계선(L3)과 평행한 다수개의 제2배플판(22)들이 교차 구조로 이루어지는 바닥배플부재(20)와;
상기 바닥배플부재(20)가 설치된 경계선(L1)과, 하부 경사패널(3)과 수직패널(4)의 경계선(L4)을 마주하는 두변으로 하는 사각구조의 바닥영역(S30) 상부면에 경계선(L1)과 평행하게 설치되는 다수개의 제3배플판(31)과, 경계선(L4)과 평행한 다수개의 제4배플판(32)들이 교차 구조로 이루어지는 경사배플부재(30);로 이루어 진 격자형 배플 구조체(10)를 포함한다.
즉, 바닥패널(2)에 설치되는 바닥배플부재(20)는, 바닥패널(2)과 하부 경사패널(3)의 경계선(L1)과, 바닥패널(2)과 수직패널(4)의 경계선(L2) 및 상기 경계선(L1)의 어느 한점과 상기 경계선(L2)을 잇는 또 다른 경계선(L3)을 세변으로 함으로서, 바닥패널(2)의 평면상에서 삼각구조를 이루게 된다. 이때 경계선(L3)은 상기 경계선(L1)에 대해 약 45도를 유지하도록 함이 바람직하다.
이러한 상기 경계선(L3)의 기울기는 선박의 피칭(pitching) 혹은 롤링(rolling)현상으로부터 바닥패널(2)에 근접하는 액체화물의 유동특성을 고려한 것으로 경계중점(C)을 향하는 이러한 액체화물의 방향성에 대응하여 이와 비례하는 슬러싱에 의한 충격량을 효과적으로 상쇄시킬 수 있는 기울기를 만족하게 된다.
또한, 하부 경사패널(2)에 설치되는 경사배플부재(20)는, 바닥패널(2)과 하부 경사패널(3)의 경계선(L1)과, 하부 경사패널(3)과 수직패널(4)의 경계선(L4)을 마주하는 두변(너비와 높이)으로 함으로서, 하부 경사패널(3)의 평면상에서 사각구조를 이루게 된다.
이러한 바닥배플부재(20)와 경사배플부재(30)는 바닥패널(2)과 하부 경사패널(3)이 접하는 경계선(L1)을 사이에 두고 일체로 결합된다.
이러한 바닥배플부재(20) 및 경사배플부재(30)로 이루어지는 격자형 배플 구조체(10)는 스테인리스 재질 등 저온의 액체화물의 열응력에 대한 강성을 확보할 수 있는 복합재료로 제작된다.
바닥배플부재(20)와 경사배플부재(30)로 이루어진 격자형 배플 구조체(10)는, 바닥패널(2)과 하부 경사패널(3) 및 수직패널(4)의 경계중점(C)을 향해 그 높이가 점차적으로 높아지도록 형성된다.
보다 구체적으로, 상기 바닥배플부재(20) 및 경사배플부재(30)를 구성하는 제1,2 배플판(21)(22) 및 제3,4배플판(31)(32)들은 각각 바닥패널(2) 및 하부 경사패널(3)에 결합되는 밑면으로부터 상방으로 최대높이에 위치하는 꼭지점(A)을 갖는 삼각형상의 판으로 이루어지되; 상기 경계중점(C)으로부터 멀리 떨어진 제1,2,3 및 4배플판(21)(22)(31)(32)으로부터 경계중점(C)에 근접한 제1,2,3 및 4배플판(21)(22)(31)(32)으로 이어지며 각각의 꼭지점(A)들이 점차적으로 높아지게 형성된다.
이는 앞서 설명한 바와 같이, 선박의 피칭 혹은 롤링 현상으로부터 액체화물의 슬러싱에 충격량이 집중되는 화물창의 코너부, 즉 경계중점(C)으로 갈수록 증대되는 슬러싱에 의한 충격량에 비례하여 그 높이를 변화시킴으로서, 코너부에 발생되는 슬러싱에 의한 충격량을 고르게 분산시키게 된다.
또한, 도시되진 않았지만, 제1,2배플판(21)(22) 및 제3,4배플판(31)(32)들은 그 판상에 다수개의 구멍이 형성된 다공판 형태로 이루어질 수 있다. 이러한 각 배플판에 형성된 구멍을 관통하여 액체화물이 자유롭게 이동되도록 한다.
또한, 본 발명에 따른 제1,2배플판(21)(22) 및 제3,4배플판(31)(32)들은 각각 바닥패널(2) 및 하부 경사패널(3)에 일체로 고정 결합될 수 있으나, 바람직하게는 각 배플판(21)(22)(31)(32)의 하단에는 각 패널(2)(3)(4)에 결합되는 고정브라 켓(45)을 부가 하도록 한다. 이때 고정브라켓(45)에 의해 각 패널에 고정되는 제1,2배플판(21)(22) 및 제3,4배플판(31)(32)들은 바닥패널(2) 및 하부 경사패널(3)의 사이공간에 유동틈새(41)가 더 구비될 수 있다. 이러한 각 배플판(21)(22)(31)(32)의 하단에 형성된 유동틈새(41)를 관통하여 액체화물이 자유롭게 이동된다.
상기 고정브라켓(45)은 화물창(1)의 각 패널(2)(3)(4)과 스터드 볼트(451)로 고정 결합될 수 있으며, 이때 고정브라켓(45)이 고정되는 화물창(1)의 각 패널(2)(3)(4)에는 스테인리스 재질의 금속시트(5)가 별도로 구비될 수 있다.
이상의 바닥배플부재(20)와 경사배플부재(30)를 포함하는 격자형 배플 구조체(10)에 의한 슬러싱 충격완화 장치는 바닥패널(2)과 좌우측의 하부 경사패널(3) 및 전후측의 수직패널(4)이 만나는 화물창(1)의 4개소의 코너영역에 배치되는 것이다.
이때, 상기 화물창(1)은 액화천연가스 저장탱크이고, 액체화물은 액화천연가스이다. 또한, 본 발명은 액화천연가스 운반선뿐만 아니라, 부유식 액화천연가스 저장선(FSRU)에도 적용가능하다.
또한, 본 발명은 프랑스 지티티(GTT)사의 멤브레인형 이중 단열구조 뿐 만 아니라, 멤브레인 금속패널을 구비하는 단열시스템, 즉 액화천연가스 등의 액체화물이 직접 닿는 부분에 1차 방벽이 형성되고, 상기 1차 방벽의 바깥쪽에는 제 1 단열판이 설치되며, 그 바깥쪽으로 1차 방벽의 기능을 보완해주는 2차 방벽이 설치되 고, 2차 방벽의 바깥에 선체 내벽에 접촉되는 2차 단열판이 설치된 이중 단열구조의 멤브레인 타입 화물창에 적용될 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
도 1은 종래 화물창의 단면 예시도
도 2는 본 발명에 따른 격자형 배플구조체를 갖는 화물창의 단면 예시도
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 격자형 배플구조체의 구성을 보인 예시도
도 5는 본 발명에 따른 격자형 배플구조체의 요부 확대도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
(1) : 화물창 (2) : 바닥패널
(3) : (하부) 경사패널 (4) : (전후) 수직패널
(5) : 금속시트 (10) : 격자형 배플 구조체
(20) : 바닥배플부재 (21) : 제1배플판
(22) : 제2배플판 (30) : 경사배플부재
(31) : 제3배플판 (32) : 제4배플판
(41) : 유동틈새 (45) : 고정브라켓
(L1),(L2),(L3),(L4) : 경계선 (C) : 경계중점
(A) : 꼭지점 (S20) : (삼각구조) 작업영역
(S30) : (사각구조) 작업영역

Claims (6)

  1. 바닥패널(2)과, 상기 바닥패널의 좌우측 끝단부로부터 외측 상방향으로 경사지게 연장된 하부 경사패널(3)과, 상기 바닥패널의 전후 끝단부로부터 수직 상부로 연장되게 형성된 전후 수직패널(4)을 갖는 화물창(1)의 슬러싱 충격 완화 장치에 있어서,
    상기 바닥패널과 하부 경사패널의 경계선(L1)과, 바닥패널과 수직패널의 경계선(L2)과, 상기 경계선(L1)의 어느 한점과 상기 경계선(L2)을 잇는 경계선(L3)으로 이루어지는 삼각구조의 바닥영역(S20) 상부면에 경계선(L1)과 평행하게 설치되는 다수개의 제1배플판(21)과, 경계선(L3)과 평행한 다수개의 제2배플판(22)들이 교차 구조로 이루어지는 바닥배플부재(20); 및
    상기 바닥배플부재(20)가 설치된 경계선(L1)과, 하부 경사패널과 전후 수직패널의 경계선(L4)을 마주하는 두변으로 하는 사각구조의 바닥영역(S30) 상부면에 경계선(L1)과 평행하게 설치되는 다수개의 제3배플판(31)과, 경계선(L4)과 평행한 다수개의 제4배플판(32)들이 교차 구조로 이루어지는 경사배플부재(30); 로 이루어진 것을 특징으로 하는 격자형 배플 구조체를 갖는 화물창 슬러싱 충격 완화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 바닥배플부재(20) 및 경사배플부재(30)는 바닥패널과 하부 경사패널 및 수직패널의 경계중점(C)을 향해 그 높이가 점차적으로 높아지게 형성된 것을 특징으로 하는 격자형 배플 구조체를 갖는 화물창 슬러싱 충격 완화 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1,2,3 및 4배플판(21)(22)(31)(32)들은 최대높이의 꼭지점(A)들을 갖는 삼각형상의 판으로 이루어지되;
    상기 경계중점(C)으로부터 멀리 떨어진 제1,2,3 및 4배플판으로부터 경계중점(C)에 근접한 제1,2,3 및 4배플판으로 이어지며 각각의 꼭지점(A)들이 점차적으로 높아지게 형성된 것을 특징으로 하는 격자형 배플 구조체를 갖는 화물창 슬러싱 충격 완화 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1,2,3 및 4 배플판(21)(22)(31)(32)의 각 하단에는 화물창의 각 패널(2)(3)(4)에 결합되는 고정브라켓(45)을 구성하되;
    상기 고정브라켓(45)을 사이에 두고 화물창의 각 패널(2)(3)(4)로부터 이격되어 결합되는 제1,2,3 및 4 배플판(21)(22)(31)(32)의 사이공간에 유동틈새(41)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 격자형 배플 구조체를 갖는 화물창 슬러싱 충격 완화 장치.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제1,2,3 및 4 배플판(21)(22)(31)(32)의 각 고정브라켓(45)이 결합되는 화물창의 각 패널(2)(3)(4)에는 스테인리스 재질의 금속시트(5)가 더 설치 구성된 것을 특징으로 하는 격자형 배플 구조체를 갖는 화물창 슬러싱 충격 완화 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1,2,3 및 4 배플판(21)(22)(31)(32)은 다수개의 구멍이 형성된 다공판 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 격자형 배플 구조체를 갖는 화물창 슬러싱 충격 완화 장치.
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