KR20100135589A

KR20100135589A - 무기단열재 및 이를 이용한 단열 시스템

Info

Publication number: KR20100135589A
Application number: KR1020090054056A
Authority: KR
Inventors: 임종철; 정민화; 김성훈; 임근철
Original assignee: 주식회사 화인텍
Priority date: 2009-06-17
Filing date: 2009-06-17
Publication date: 2010-12-27

Abstract

본 발명은 무기단열재 및 이를 이용한 단열시스템에 관한 것으로서, 단열재에 사용되는 소재 및 시공방법을 개선하여 형태에 제한이 없으며, 사용이 간단하고, 단열효율이 높으며, 이로 인해 구조물에 크기와 형태를 맞출 수 있어 구조물의 구조변경이 필요없는 단열 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 단열 시스템은 내부에 저온의 물질을 저장 또는 이송하기 위한 설비를 외측을 감싸도록 설치되며, 내부가 비어있는 형태의 단열블록과, 상기 단열블록의 내부로 주입되는 무기질의 단열소재를 포함한다.

무기질, 단열재, LNG, FPSO, 탱크, 파이프

Description

무기단열재 및 이를 이용한 단열 시스템 {INORGANIC INSULATION AND Inorganic Insulation OF USE}

본 발명은 무기단열재 및 이를 이용한 단열시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단열재의 재료로 환경문제 등을 야기하지 않으면서도, 단열성이 우수한 무기단열재 및 이를 이용하여 LNG/LPG와 같은 가스의 파이프 또는 저장탱크 등을 단열하는 무기단열재 및 이를 이용한 단열시스템에 관한 것이다.

일반적으로 LNG 이송장치 또는 탱크용 파이프나 독립형 LNG 이송장치 및 부유식 해상 구조물에는 내부 단열을 위해 단열재가 사용된다.

이러한 파이프 및 탱크 등은 외부에서 단열을 하기 위해 탱크 내부에서 발생되는 압력에 대한 고려 없이, 탱크에서 발생되는 저온만을 차단하는 시스템과 그의 효과로 외부에서 발생되는 표면응결을 방지하는 것을 목적으로 사용된다.

이와 같이 외부를 단열하기 위하여 다양한 물질들이 사용되고 있으며, 대표적으로 스티로폼(EPS) 또는 우레탄이 사용된다.

그런 이러한 제품들은 자기 접착성 및 극저온에서 표면접착이 약하여 이를 이용한 패널 형태의 제품으로 재가공하고, 외피에 FRP로 마감처리하며, 볼트 및 나 사 등의 구조물을 활용하여 내부탱크외부에 2단 또는 3단으로 단을 이루어 고정할 수 있도록 되어 있으며, 연결되는 마감은 수분 흡수와 만일 발생될 수 있는 액상 제품의 누출을 억제하기 위해 알루미늄 테이프를 붙이거나 FRP를 도포하고 있다.

또한, 종래의 단열재는 패널형태로 제작되어 사용되고 있으며, 사람이 운반하기 쉬운 크기, 일례로 1m x 1m 정도의 크기로 제작되어 사용되고 있으며, 이에 따라 대형으로 이루어진 탱크 외벽을 단열하는데 많은 시간이 소요되는 문제가 있다.

현재 제작하여 사용하고 있는 패널의 크기는 사람이 운반하기 쉬운 1m x 1m 정도의 크기로 되어 있으나, 이러한 방법은 설치에 많은 시간을 소비하게 되는 요인이 되고 있다.

한편, 종래의 단열재는 환경문제로 인하여 여러 가지 재료의 사용제약으로 인하여 이전보다 두께가 증가되고 있다. 따라서, 종래에는 단열재를 2단 또는 3단 등으로 증가시켜 설치하고 있으며, 이에 따라 늘어난 연결부위의 밀봉작업으로 인해 여러 가지 문제가 발생하고 있다. 즉, 2중 탱크 구조 내에서 단열두께 증가에 따라 설계변경 즉, 단열소재 또는 단열두께의 변경이 필요하며, 설치방법과 선체구조의 변경 등이 필요한 경우도 있다.

최근에는 이러한 단열재로 흄드실리카, 펄라이트 또는 에어로젤 등과 같은 무기물 단열재를 사용하는 단열재의 개발이 진행되고 있으나, 아직까지 더욱 개선의 여지가 있으며, 이러한 단열재를 이용하여 LNG 이송장치 또는 탱크용 파이프나 독립형 LNG 이송장치 및 부유식 해상 구조물을 단열하기 위한 단열시스템의 개발이 요구되고 있다.

본 발명은 전술된 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 단열재에 사용되는 소재 및 시공방법을 개선하여 형태에 제한이 없으며, 사용이 간단하고, 단열효율이 높으며, 이로 인해 구조물에 크기와 형태를 맞출 수 있어 구조물의 구조변경이 필요없는 단열 시스템을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 단열 시스템은 내부에 저온의 물질을 저장 또는 이송하기 위한 설비를 외측을 감싸도록 설치되며, 내부가 비어있는 형태의 단열블록과, 상기 단열블록의 내부로 주입되는 무기질의 단열소재를 포함한다.

또한, 상기 무기질의 단열소재는 에어로젤, 흄실리카, 펄라이트 중 어느 하나인 것이 바람직하다. 또한, 상기 내부에 저온의 물질을 저장 또는 이송하기 위한 설비는 LNG 이송장치, LNG 이송용 파이프, 독립형 LNG 이송장치, 부유식 해상 구조물 중 어느 하나인 것이 바람직하다. 더불어, 상기 단열블록은 복수의 패널부재가 서로 연결되어 내부를 밀폐하도록 설치될 수 있다. 또한, 상기 단열패널의 내부에 설치되어 내부공간을 복수의 구역으로 구획하는 허니컴 구조체를 포함할 수 있다. 여기에서, 상기 허니컴 구조체는 종이 또는 플라스틱으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 단열패널은 상기 내부에 저온의 물질을 저장 또는 이송하기 위한 설비의 외벽에 설치되는 지지부와, 상기 지지부의 단부에 체결부재에 의해 고정되는 패널부재를 포함할 수 있다. 또한, 상기 패널부재는 FRP판 또는 합판으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 패널부재의 연결부에는 다른 패널부재와의 틈새를 밀봉하기 위해 설치된 테이프를 포함할 수 있다. 또한, 상기 단열패널은 탄성변형이 가능한 이중 구조로 이루어지며, 일측에 내부로 무기질의 단열소재를 주입하기 위한 주입구를 갖는 튜브를 포함할 수 있다. 또한, 상기 튜브의 주입구에는 내부로 주입된 무기질의 단열소재의 배출을 차단하되, 공기의 배출을 허용하는 필터가 설치될 수 있다. 또한, 상기 튜브는 인접되는 다른 튜브들과 교번적으로 적층되며 설치되고, 연결부에 도포되는 초저온용 접착제에 의해 틈새를 밀봉할 수 있다. 또한, 상기 튜브는 인접되는 다른 튜브와의 틈새를 밀봉하기 위해 설치된 테이프를 포함할 수 있다.

전술된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 단열 시스템은 무기질의 단열소재를 주입하여 단열재를 성형할 수 있으므로 구조물이 파이프 또는 저장탱크 등으로 이루어지더라도 형상에 제한되지 않고, 현장에서 직접 단열 시스템을 형성할 수 있으므로 시공 및 설치가 용이하며, 단열효과가 우수한 장점이 있으며, 이로 인해 구조물의 구조를 변경하지 않고도 목표로 하는 단열효과를 얻을 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 FRP 또는 합판 등을 사용한 외벽, 알루미늄박 또는 알루미늄박이 코팅되어진 고분자 재료를 활용한 플라스틱막 또는 FRP 또는 합판 등을 활용한 BOX를 활용한 구조체를 사용할 경우 무기질 단열소재를 LNG 이송장치 또는 탱크용 파이프나 독립형 LNG 이송장치 및 부유식 해상 구조물의 탱크 외벽에 형상화할 수 있다.

여기에서, 부유식 해상 구조물은, LNG와 같이 극저온 상태로 적재되는 액체 화물을 저장하는 저장탱크를 가지면서 유동이 발생하는 해상에서 부유된 채 사용되는 구조물과 선박을 모두 포함하는 개념으로, 예를 들면 LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading)나 LNG FSRU(Floating Stroage and Reclassification unit)와 같은 선박을 모두 포함하는 것이다.

LNG FPSO는, 해저를 시추하여 천연가스를 생산하고, 이 생상된 천연가스를 해상에서 직접 액화시켜 LNG 저장탱크 내에 저장하고, 필요시 이 LNG 저장탱크 내에 저장된 LNG를 LNG 수송선으로 옮겨 싣기 위해 사용되는 부유식 해상 구조물이다. 또한, LNG FSRU는 육상으로부터 멀리 떨어진 해상에서 LNG 수송선으로부터 하역되는 LNG를 LNG 저장탱크에 저장한 후 필요에 따라 LNG를 기화시켜 육상 수요처에 공급하는 부유식 해상 구조물이다.

도 1은 본 발명에 따른 부유식 해상 구조물의 개략 단면도이다. 도 1을 참고하면, LNG FPSO(10)는 선체 내에 액화된 LNG를 저장하기 위한 LNG 저장탱크(20)가 설치되고, 선체의 상부에 해저를 시추하여 천연가스를 생산한 후 액화시키는데 에 필요한 각종 설비(30)들이 설치됨에 따라 LNG FPSO(10)의 선체가 그 상부의 무거운 하중을 견디도록 하기 위해 LNG FPSO(10)의 선체의 강도를 보강할 필요성이 있는데, 극저온의 LNG를 저장하는 LNG 저장탱크(20)의 특성상 LNG 저장탱크(20)는 선체와의 사이에 단열부재를 개재한 상태에서 선체와 별개로 형성되므로, 선체의 강도를 보강할 보강부재가 LNG 저장탱크(20)를 관통할 수는 없어, 보강부재를 선체 내에 배치하는 데에 제한이 있다.

한편, LNG FPSO(10)와 같은 부유식 해상 구조물의 LNG 저장탱크(20)로서 슬로싱 문제에 대하여 멤브레인형 LNG 저장탱크(20)보다 상대적으로 덜 취약한 특성을 갖는 독립형 LNG 저장탱크(20)를 가질 수 있다.

독립형 LNG 저장탱크(20)의 구성은 한국등록특허 제10-305513호에 기재되어 있다. 독립형 LNG 저장탱크(20)는 탱크 쉘이 이해 형성되고, 대략 박스 형태이다. 탱크 쉘은 대략 사각형인 저판부와, 서로 접하고 저판부와 대략 수직으로 세워지며, 선체에 횡방향으로 연장하는 전, 후벽부들과 서로 접하고 저판부와 거의 수직으로 세워지며, 선체에 종방향으로 연장하는 한 쌍의 측벽부들, 그리고 저판부와 상판부로 구성된다.

상판부와 측벽부들의 각각은 독립형 LNG 저장탱크(20)의 안쪽을 향하고, 상향으로 연장되는 측벽부에서 연속되므로, 상판부의 단면적은 저판부의 단면적보다 작다. 따라서, 독립형 LNG 저장탱크(20)는 측면의 상층코너가 절삭된 구조가 된다. 탱크쉘의 저판부, 측벽부와 전후벽부는 독립형 LNG 저장탱크(20)가 설치된 선체의 홀드 형상에 따라서 형성된다.

한편, 이러한 저장시설에는 내부를 단열하기 위한 단열시스템이 구성된다. 일례로, 본 발명에서 단열시스템은 무기물소재로 이루어진 단열재를 사용한다.

본 발명에 사용된 무기질 단열재의 성능을 유기물 단열재와 비교하여 보면 다음과 같다.

유기물 단열재 열전도도

구분	PU(CO2)	EPS	메라민	비고
열전도도(W/K)	0.026	0.036	0.036
현 적용판넬두께(mm)	265	366	366
난연성	자기소화성	자기소화성	난연

무기물 단열재 열전도도

구분	에어로겔	흄실리카	펄라이트	진공에어로젤
열전도도(W/K)	0.015	0.024	0.030	0.005
현 적용판넬두께(mm)	152	210	305	50
난연성	불연	불연	불연	불연

에어로겔 대비 유기단열재 단열효과 비교

구분	진공에어로젤	에어로겔	PU	EPS
열전도도(W/K)	0.005	0.015	0.026	0.036
진공에어졸젤100기준	-	300	520	612
에어로젤 100기준		-	173	240

전술된 비교표와 같이 무기물 단열재들의 단열성은 우수하나 단열판넬과 같은 형상화가 어려워 사용에 한계가 있었으며, 본 발명은 이러한 구조적인 한계를 해결하기 위해 무기물 단열재를 포함하는 단열재 및 이를 이용한 단열 시스템을 제공한다.

본 발명에서 무기물 단열재는 (1) BOX형 (2) 주입형, (3) 저진공형의 변형된 방법으로 단열시스템을 구성할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 무기단열재를 이용한 BOX형 단열시스템의 내부 구조 를 보인 일부절결 사시도이고, 도 3의 (a)와 (b)는 무기단열재를 이용한 BOX형 단열시스템의 측단면도 및 평단면도이다.

도 2를 참고하면, (1) BOX 형 단열시스템(50)은 현재 사용되고 있는 4mm, 9mm 합판 또는 FRP(52)를 사용하여 BOX를 제작하고, 그 안에 허니컴(honeycom) 또는 허니컴 구조체(54)를 삽입한 후 무기질 단열재(56)를 주입하고, 다시 합판이나 FRP(52)로 마감하는 시스템이다.

허니컴 또는 허니컴 구조체(54)는 종이 또는 경질 플라스틱으로 구성되며, 무기질 단열재의 이동이나 쏠림 등을 제한한다.

도 4는 본 발명에 따른 무기단열재를 이용한 주입형 단열시스템의 내부 구조를 보인 평면도이고, 도 5는 도 4의 X-X선의 단면도이다.

(2) 주입형 단열시스템(150)은 탱크 외부면에 단열재의 두께에 대응하는 길이를 갖는 핀 또는 고정부(154)를 제작한다. 그리고, 이 핀 또는 고정부(154)에 합판이나 FRP면(152)을 결합하고, 그 위에는 볼트나 다른 고정재료(155)를 사용하여 합판이나 FRP면(152)을 고정시킨다. 또한, 합판이나 FRP면(152)의 연결부에는 알루미늄 테이프나 유리섬유(Glassfiber)(158)를 사용하여 연결부위를 감싼다.

그리고, 탱크 외부면에 단열재를 채울 수 있는 공간이 형성되면, 무기질 단열재(156)를 주입하여 내부를 단열시킨다.

이와 같이, 탱크의 외부면에 공간을 형성하고 무기질 단열재를 주입하는 구조의 경우, 하부에 하중이 집중되므로 핀 또는 고정부(154)의 설치수를 증가시키거나 그 강도를 증가시키는 것이 바람직하다. 또한, 하부의 합판이나 FRP면(152)에 는 하중의 집중시 밀리는 것을 방지하기 위한 받침대 등을 더 설치하는 것이 필요하다.

도 6은 본 발명에 따른 무기단열재를 이용한 저진공형 단열시스템의 내부 구조를 보인 평면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 무기단열재를 이용한 저진공형 단열시스템의 내부 구조를 보인 측면도이다.

(3) 저진공형 단열시스템(250)은 탱크 외부면에 부틸고무계열 등의 발포고무, 폴리우레탄 및 에폭시 또는 초저온에서도 견디는 폴리머 또는 알루미늄박과 결합되어진 플라스틱 제품으로 제작되어져 초저온 충격에 견디고 외부 습기침투가 완전히 차단된 유연한 일체형 튜브(252)를 제작한 후, 이 튜브(252)의 한쪽면을 저장탱크(20)에 고정시키고 튜브 입구(253)를 통하여 무기질 단열재(256)를 주입한다. 이때, 이 튜브(252)는 초저온용 접착제에 의해 저장탱크(20)에 부착될 수 있다.

그리고, 튜브(252)의 입구에 필터를 설치한 후, 튜브(252) 입구에 진공장치를 연결하여 10^-1~ 10^-2 torr의 진공을 가하면, 튜브(252)의 내부의 공기가 배출되며, 이에 따라 무기질 단열재(256)가 주입되지 않은 부분에 잔류된 공기를 제거할 수 있어 튜브(252)를 진공으로 유지할 수 있다.

이와 같이, 무기질 단열재(256)로만 채워진 튜브(252)는 복수개로 제조되어 각각 저장탱크(20) 외벽에 부착될 수 있으며, 이 튜브(20)의 연결부분에는 다른 튜브(20)가 인접하여 교번적으로 설치된다. 그리고, 이들 튜브(252) 사이의 연결부위에는 밀봉을 위하여 초저온용 접착제(254)가 사용된다.

또한, 이들 튜브(252)의 연결부에는 알루미늄 테이프나 유리섬유(Glassfiber)(258)를 사용하여 연결부위를 감싼다.

이상과 같이 본 발명에 따른 단열재 및 이를 이용한 단열 시스템을 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명에 따른 부유식 해상 구조물의 개략 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 무기단열재를 이용한 BOX형 단열시스템의 내부 구조를 보인 일부절결 사시도.

도 3의 (a)와 (b)는 무기단열재를 이용한 BOX형 단열시스템의 측단면도 및 평단면도.

도 4는 본 발명에 따른 무기단열재를 이용한 주입형 단열시스템의 내부 구조를 보인 평면도.

도 5는 도 4의 X-X선의 단면도.

도 6은 본 발명에 따른 무기단열재를 이용한 저진공형 단열시스템의 내부 구조를 보인 평면도.

도 7은 본 발명에 따른 무기단열재를 이용한 저진공형 단열시스템의 내부 구조를 보인 측면도.

Claims

내부에 저온의 물질을 저장 또는 이송하기 위한 설비를 외측을 감싸도록 설치되며, 내부가 비어있는 형태의 단열블록과,

상기 단열블록의 내부로 주입되는 무기질의 단열소재를 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 무기질의 단열소재는 에어로젤, 흄실리카, 펄라이트 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 단열 시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 내부에 저온의 물질을 저장 또는 이송하기 위한 설비는 LNG 이송장치, LNG 이송용 파이프, 독립형 LNG 이송장치, 부유식 해상 구조물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 단열 시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 단열블록은 복수의 패널부재가 서로 연결되어 내부를 밀폐하도록 설치된 것을 특징으로 하는 단열 시스템.
청구항 4에 있어서,

상기 단열패널의 내부에 설치되어 내부공간을 복수의 구역으로 구획하는 허니컴 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 시스템.
청구항 4에 있어서,

상기 허니컴 구조체는 종이 또는 플라스틱으로 이루어진 것을 특징으로 하는 단열 시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 단열패널은 상기 내부에 저온의 물질을 저장 또는 이송하기 위한 설비의 외벽에 설치되는 지지부와,

상기 지지부의 단부에 체결부재에 의해 고정되는 패널부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 시스템.
청구항 4 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,

상기 패널부재는 FRP판 또는 합판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 단열 시스템.
청구항 4 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,

상기 패널부재의 연결부에는 다른 패널부재와의 틈새를 밀봉하기 위해 설치 된 테이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 단열패널은 탄성변형이 가능한 이중 구조로 이루어지며, 일측에 내부로 무기질의 단열소재를 주입하기 위한 주입구를 갖는 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 시스템.
청구항 10에 있어서,

상기 튜브의 주입구에는 내부로 주입된 무기질의 단열소재의 배출을 차단하되, 공기의 배출을 허용하는 필터가 설치된 것을 특징으로 하는 단열 시스템.
청구항 10에 있어서,

상기 튜브는 인접되는 다른 튜브들과 교번적으로 적층되며 설치되고, 연결부에 도포되는 초저온용 접착제에 의해 틈새를 밀봉하는 것을 특징으로 하는 단열 시스템.
청구항 10 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,

상기 튜브는 인접되는 다른 튜브와의 틈새를 밀봉하기 위해 설치된 테이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 시스템.