KR20110132747A - 극저온 화물창용 단열판 구조물 - Google Patents

극저온 화물창용 단열판 구조물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 극저온 화물창용 단열판 구조물에 관한 것이다. 본 발명의 극저온 화물창용 단열판 구조물은, 폴리우레탄 폼을 포함하여 이루어지는 단열판을 구비하는 극저온 화물창용 단열판 구조물로서, 상기 단열판은, 밀도 45㎏/㎥ 이하의 저밀도 폴리우레탄 폼으로 이루어지는 단열재를 포함하고, 상기 단열재의 내부에, 단열재의 두께 방향으로의 압축력 보강을 위한 플라스틱 보강재가 매립된 것을 특징으로 한다. 이러한 본 발명은, 밀도 125㎏/㎥ 이상인 종래의 고밀도 폴리우레탄 폼에 비해 원자재 가격이 50% 이상 저렴하면서도 단열 능력은 약 10% 이상 우수한 밀도 45㎏/㎥ 이하의 저밀도 폴리우레탄 폼을 사용하고, 이러한 저밀도 폴리우레탄 폼에 플라스틱 보강재를 매립하여 압축강도를 보강함으로써, 종래의 'MarkⅢ'형에 적용된 단열판에 비해 동등 이상의 단열특성을 확보할 수 있고, 원가를 약 20% 이상 낮출 수 있으면서도, 플라스틱 보강재에 의해 압축강도와 강성이 향상되어 운항시 단열재와 목재합판과의 접착 계면이나 목재합판에 균열이 발생하는 문제를 최소화할 수 있다.

Description

극저온 화물창용 단열판 구조물{INSULATION PANEL CONSTRUCTIONS FOR LOW TEMPERATURE CARGO CONTAINMENT}
본 발명은 극저온 화물창용 단열판 구조물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저밀도 폴리우레탄 폼 단열재에 보강용 플라스틱 심재를 매립하여 저렴한 가격에 우수한 강성을 가지는 단열판을 구현한 극저온 화물차용 단열판 구조물에 관한 것이다.
LNG나 LPG와 같은 극저온(저온을 포함한다) 액화가스를 저장하고 운송하기 위한 화물창은, 외부와 단열하여 수용된 액화가스를 원하는 상(狀)으로 유지함과 아울러 액화가스의 하중 및 화학적 작용에 대한 내구력을 지녀야 한다.
극저온 화물창의 단열구조로서는, 프랑스 지티티 사(GTT社 ; Gaz Transport & Technigaz S.A.s)의 맴브레인(Membrane) 타입인 이른바 'NO 96'과 'MarkⅢ' 등이 알려져 있다.
'NO 96'형 화물창 단열구조는, 목재로 만든 상자에 펄라이트(Pearlite) 분말을 채워 단열재로 사용한 형태이다. 이에 비해, 'MarkⅢ'형은 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0782671호, 제10-0751697호, 제10-0754726호, 제 10-0855126호를 위시하여, 대한민국 공개특허 공보 공개번호 제10-2005-0078278호, 제10-2006-0086071호, 제10-2008-0106794호 등에 개시된 바와 같이, 고밀도 폴리우레탄 폼(PUF) 단열재 상, 하면에 목재합판(Plywood)을 접착한 형태이다.
'NO 96'형 단열판은, 목재 상자를 만들고, 상자 내부를 목재 격자로 보강한 다음, 격자 내부에 단열재인 펄라이트 분말을 채운 형태로서, 'MarkⅢ'형에 비해 높은 압축강도와 강성을 갖추고 있으나, 'MarkⅢ'형에 비해 열전도도가 높아 단열성능이 저하되는 문제로 인하여 두께를 두껍게 할 수밖에 없기 때문에 화물창의 내부 용적이 감소하고, 또 화물창 내부의 액화가스의 슬러싱(Sloshing) 충격에 의해 목재 상자 자체가 손상되는 사례가 적지 않았다.
이에 비해, 'MarkⅢ'형 단열판은, 폴리우레탄 폼으로 이루어진 단열재의 상, 하면에 목재합판을 접착한 형태로서, 'NO 96'형 단열판에 비해 압축강도와 강성은 떨어지는 반면에 우수한 단열특성을 갖추고 있기 때문에 단열판의 두께를 'NO 96'형 단열판에 비해 한층 얇게 구성할 수 있고, 그에 따라 화물창의 내부 용적이 증가하는 장점이 있다. 또한, 폴리우레탄 폼의 우수한 댐핑(Damping) 특성에 의해 화물창 내부 액화가스의 슬러싱 충격에 의한 단열판 자체의 손상 사례가 발생한 예가 없다. 그러나 폴리우레탄 폼의 낮은 압축강도 및 강성으로 인하여 운항시 액화가스의 유동에 의해 목재 합판의 접착 계면(界面)이나 목재 합판에 균열이 발생할 염려가 있다.
또한, 'MarkⅢ'형 단열판에 사용되는 폴리우레탄 폼은 125㎏/㎥ 이상의 고밀도 폼으로서 원자재 가격이 매우 고가(보통 약 95만원/㎥)여서, 선박의 원가 경쟁력을 약화시키는 요인이 된다.
따라서 본 발명의 목적은, 종래의 'MarkⅢ'형 단열판에 비해 등등 이상의 단열특성, 압축강도 및 강성을 확보하면서도 원가를 획기적으로 절감할 수 있는 극저온 화물창용 단열판 구조물을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 극저온 화물창용 단열판 구조물은, 폴리우레탄 폼을 포함하여 이루어지는 단열판을 구비하는 극저온 화물창용 단열판 구조물로서, 상기 단열판은, 밀도 45㎏/㎥ 이하의 저밀도 폴리우레탄 폼으로 이루어지는 단열재를 포함하고, 상기 단열재의 내부에, 단열재의 두께 방향으로의 강성 보강을 위한 플라스틱 보강재가 매립된 것을 특징으로 한다.
상기 플라스틱 보강재는, 복수의 플라스틱 박판이 간격을 가지고 단열재의 두께 방향으로 횡단하도록 배치되는 형태로 구성할 수 있다.
상기 플라스틱 보강재는, 복수의 플라스틱 박판을 격자구조로 배치한 형태로 구성하여도 좋다.
상기 복수의 플라스틱 박판의 복부 부분에는 관통공이 형성되고, 상기 관통공에 폴리우레탄 폼 단열재가 채워지도록 하는 것이 바람직하다.
상기 플라스틱 보강재의 양측 단부에는 절곡된 플랜지를 형성하면, 상대 부품과의 접착강도를 향상시킬 수 있다.
상기 플라스틱 보강재로서는, 열전도도, 열팽창계수 및 저온 강도 특성이 우수한 섬유강화 플라스틱(FRP)이 바람직하다.
본 발명의 극저온 화물창용 단열판 구조물에 의하면, 밀도 125㎏/㎥ 이상인 종래의 고밀도 폴리우레탄 폼에 비해 원자재 가격이 50% 이상 저렴하면서도 단열 능력은 약 10% 이상 우수한 밀도 45㎏/㎥ 이하의 저밀도 폴리우레탄 폼을 사용하고, 이러한 저밀도 폴리우레탄 폼에 플라스틱 보강재를 매립하여 강성을 보강함으로써, 종래의 'MarkⅢ'형에 적용된 단열판에 비해 동등 이상의 단열특성을 확보할 수 있고, 원가를 약 20% 이상 낮출 수 있으면서도, 플라스틱 보강재에 의해 압축강도와 강성이 향상되어 운항시 단열재와 목재합판과의 접착 계면이나 목재합판에 균열이 발생하는 문제를 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 단열판 구조물을 나타내는 분리 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 단열판 구조물의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 단열판 구조물의 단열판에 대한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 플라스틱 보강재의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 플라스틱 보강재를 사용하여 구성한 단열판의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 단열판 구조물의 분리 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 플라스틱 보강재를 사용하여 구성한 단열판의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 단열판 구조물의 분리 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 단열판 구조물의 주요부 단면도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 구체적으로 설명한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 단열판 구조물을 나타낸다.
우선, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 단열판 구조물(50)은, 밀도 45㎏/㎥ 이하의 저밀도 폴리우레탄 폼으로 이루어지는 단열재(110)를 포함하고, 단열재(110)의 내부에 단열재(110)의 두께 방향으로의 압축력을 보강하는 플라스틱 보강재(120a)를 단일체로 매립한 구성의 단열판(100a)을 구비한다.
이와 같이 플라스틱 보강재(120a)가 저밀도 폴리우레탄 폼 단열재(110)에 매립된 구성의 단열판(100a)의 상, 하면에는 목재합판(200)이 접착층(300)에 의해 접합 된다.
플라스틱 보강재(120a)는, 여러 장의 플라스틱 박판을 단열재(110)의 두께 방향(도면상 상, 하 방향)으로 횡단하는 형태로 배치한 구조로 이루어진다. 즉, 플라스틱 박판이 단열재(110)의 두께 방향으로 세워진 형태이다. 이렇게 함으로써, 플라스틱 박판이 단열재(110)의 두께 방향으로 작용하는 압축하중을 지지하게 된다.
특히, 플라스틱 보강재(120a)는 격자구조로 형성하는 것이 바람직하다. 격자 구조라 함은, 도 1 및 도 2에 도시된 것처럼 플라스틱 박판으로 이루어진 가로판(122)과 세로판(124)을 교차시켜 배치한 이른바 '사각형'의 격자 형태로 구성하여도 좋고, 단열창의 용량이나 선박의 규모, 필요 강도 등에 따라 '삼각형' 격자, 오각형 격자, 육각형 격자, 임의의 규칙적인 모양이 반복된 형태의 격자, 또는 특정한 모양이라고 정의할 수 없는 불규칙한 격자, 또는 격자형태 이외에 여러 장의 플라스틱 박판을 가로방향 또는 세로 방향 중 어느 한 방향으로 평행하게 배치한 형태 등, 다양한 구조로 선택할 수 있다.
또한, 플라스틱 보강재(120a)는, 열전도도, 열팽창계수 및 저온 강도 특성이 우수한 섬유강화 플라스틱(FRP; Fiber Reinforced Plastic)으로 구성하는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 단열판 구조물(50)의 단열판(100a)을 보여주는 단면도이다. 도 3을 참조하여 저밀도 폴리우레탄 폼 단열재(110)에 플라스틱 보강재(120a)가 매립되어 있는 형태 및 매립하는 방법에 대한 바람직한 예를 설명한다.
도 3에서 본 발명의 단열판(100a)은 저밀도 폴리우레탄 폼 단열재(110)의 내부에 플라스틱 보강재(120a)가 매립되어 단일체를 이룬 구조를 갖는다. 플라스틱 보강재(120a)의 상면과 하면에는 저밀도 폴리우레탄 폼 단열재(110)의 여유 살(肉)두께(t)가 최소한의 범위에서 확보되어 플라스틱 보강재(120a)로부터 단열재(110)가 이탈되지 않도록 되어 있다. 플라스틱 보강재(120a)의 상, 하면에 여유 살 두께(t)를 확보하는 대신에, 플라스틱 보강재(120a)의 표면에 요철(凹凸)(도시하지 않음)을 형성하여 단일체화를 이루어도 좋다.
플라스틱 보강재(120a)를 단열재(110)에 매립하는 방법으로서는, 단열재(110)를 발포 성형할 때 플라스틱 보강재(120a)를 이른바 '인서트(insert) 성형'에 의해 동시 성형하는 것이 바람직하다. 즉, 단열재(110)를 발포 성형하기 위한 금형의 캐비티(cavity) 내부에 플라스틱 보강재(120a)를 넣은 상태에서, 캐비티 내부에 폴리우레탄 원료를 넣고 발포 성형하면, 폴리우레탄 폼 단열재(110)의 내부에 플라스틱 보강재(120a)가 매립되게 된다.
이러한 방법 이외에도, 단열재(110) 조각들과 플라스틱 보강재(120a)를 별도로 제조하고, 플라스틱 보강재(120a)의 격자 내부에 단열재 조각을 삽입한 다음 본딩 등의 방법으로 접합하여도 좋다.
본 발명에서, 단열재(110)로 사용되는 밀도 45㎏/㎥ 이하의 저밀도 폴리우레탄 폼은, 종래의 밀도 125㎏/㎥ 이상의 고밀도 폴리우레탄 폼에 비해 원자재 가격이 50% 이상 저렴하면서 단열 능력은 약 10% 이상 우수하다. 따라서, 이러한 저밀도 폴리우레탄 폼으로 단열재(110)를 구성하면, 종래의 'NO 96'형 단열재에 비해서는 단열성능을 한층 개선할 수 있고 'MarkⅢ'형 단열재에 비해서는 동등 이상의 단열 성능을 유지할 수 있으면서도 단열재에 소요되는 비용은 약 50% 이상 낮출 수 있는 효과가 있다.
그런데 본 발명의 단열재(110)는 위와 같이 단열특성과 원가 측면에서 큰 장점이 있는 반면에, 고밀도 폴리우레탄 폼에 비해서 압축강도와 강성이 낮아 단열판 내부의 심재(心材)로 사용하기에는 부적합하다.
이에 대비하여, 본 발명은 저밀도 폴리우레탄 폼으로 이루어진 단열재(110)의 압축강도와 강성을 확보하기 위해 플라스틱 보강재(120a)를 삽입한 것이다. 이러한 본 발명에 의하면, 단열재(110)의 내부에 플라스틱 보강재(120a) 또는 격자 구조의 플라스틱 보강재(120a)를 삽입하여 보강으로써 압축강도와 강성이 낮은 저밀도 폴리우레탄 폼으로 이루어진 단열재(110)의 강성을 보강하게 된다.
이와 같이 플라스틱 보강재(120a), 좀 더 구체적으로는 사각형의 격자형 플라스틱 보강재(120a)를 저밀도 폴리우레탄 폼 단열재(110)에 삽입한 경우, 전체 원가는 약 20% 이상 절감된다.
따라서, 본 발명의 단열판에 의하면, 종래의 'MarkⅢ'형에 적용된 단열판에 비해 동등 이상의 단열특성을 확보할 수 있고, 원가를 약 20% 이상 낮출 수 있으면서도, 플라스틱 보강재(120a)에 의해 압축강도와 강성이 향상되어 운항시 단열재(110)와 목재합판(200)과의 접착 계면이나 목재합판(200)에 균열이 발생하는 문제를 최소화할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 플라스틱 보강재(120b)를 도시한 도면이고, 도 5는 이러한 플라스틱 보강재(120b)를 사용하여 구성한 단열판(100b)의 단면도이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 플라스틱 보강재(120b)는, 플라스틱 박판의 복부(腹部) 부분에 복수의 관통공(126)이 형성되고, 이의 관통공(126)에 폴리우레탄 폼 단열재(110)가 채워지도록 한 구성이다.
즉, 플라스틱 보강재(120b)를 인서트 성형할 때, 플라스틱 보강재(120b)의 관통공(126)에 폴리우레탄이 발포되면서 채워지도록 한 것이다.
이러한 제2 실시예에 따르면, 관통공(126)에 폴리우레탄 폼 단열재(110)가 채워짐으로써, 단열재(110)를 플라스틱 보강재(120b)에 별도로 접합하지 않더라도 단열재(110)와 플라스틱 보강재(120b)가 견고하게 일체화를 이룬다.
또한, 플라스틱 보강재(120b)에 관통공(126)을 형성함으로써 단열판(110b)의 댐핑(Damping) 특성이 향상되게 된다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 플라스틱 보강재(120c)를 도시한 도면이고, 도 7은 이러한 플라스틱 보강재(120c)를 사용하여 구성한 단열판(100c)의 단면도이다.
본 실시예는 전술한 제2실시예에 따른 단열판(100b)에 비해, 플라스틱 보강재(120c)의 양측 단부를 절곡 하여 플랜지(128)를 형성한 형태이다.
플라스틱 보강재(120c)의 양측 단부에 형성한 플랜지(128)는 목재합판과 접착하게 됨으로써, 플라스틱 보강재(120c)와 목재합판 사이의 접착면적을 증가시킴으로써 접착강도가 향상된다.
본 실시예에 따른 플라스틱 보강재(120c)도 전술한 제2실시예에 따른 플라스틱 보강재(120b)와 마찬가지로 관통공(126)을 갖고 있으나, 제1실시예와 같이 관통공이 없는 플라스틱 보강재에 플랜지(128)만을 형성한 형태여도 좋다.
도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 단열판 구조물의 분리 사시도이고, 도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 단열판 구조물의 주요부 단면도이다.
도 8 및 도 9에 도시된 실시예는, 단열판(100d)과 목재합판(Plywood)(200a, 200b)의 접착력(결합력)을 증대한 것이다.
구체적으로, 단열판(100d)의 상, 하면에 접합되는 목재합판(200a, 200b)에는 플라스틱 보강재(120d)의 배열에 대응하는 슬릿(210a, 210b)이 형성되고, 이 슬릿(210a, 210b)에 플라스틱 보강재(120d)의 단부가 삽입된다.
이를 위하여, 플라스틱 보강재(120a)의 양측 단부는 단열재(110)의 양측 표면으로부터 돌출되고, 그 돌출된 부분이 목재합판(200a, 200b)의 슬릿(210a, 210b)에 삽입된다.
플라스틱 보강재(120d)를 목재합판(200a, 200b)에 접합하기에 앞서, 목재합판(200a, 200b)의 표면뿐만 아니라 슬릿(210a, 210b)의 내면에도 접착제(300a)(도 9 참조)를 도포한 후 플라스틱 보강재(120d)를 삽입함으로써 목재합판(200a, 200b)과 플라스틱 보강재(120a)의 결합력을 더욱 강화한다.
도 8 및 도 9에서, 플라스틱 보강재(120d)는, 제2실시예에 따른 플라스틱 보강재(120b)(도 4 및 도 5 참조)와 동일한 형태의 것을 사용하는 것으로 도시하였으나, 제1실시예에 의한 플라스틱 보강재(120a)(도 1 내지 도 3 참조)와 동일한 형태의 것을 사용할 수 있음은 당연하다.
이상에서는 첨부도면에 도시된 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명하였으나, 이는 본 발명의 바람직한 형태에 대한 예시에 불과한 것이며, 본 발명의 보호 범위가 이들에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이상과 같은 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 및 균등한 다른 실시가 가능한 것이며, 이러한 변형 및 균등한 다른 실시예들은 당연히 본 발명의 첨부된 특허청구범위에 속한다.
50: 단열판 구조물
100a, 100b, 100c : 단열판
110 : 단열재
120a, 120b, 120c, 120d : 플라스틱 보강재
122 : 가로판 124 : 세로판
126 : 관통공 128 : 플랜지
200, 200a, 200b : 목재합판
210a, 210b : 삽입 홈 300 : 접착층
300a : 접착제

Claims (8)

  1. 폴리우레탄 폼을 포함하여 이루어지는 단열판을 구비하는 극저온 화물창용 단열판 구조물로서,
    상기 단열판은, 밀도 45㎏/㎥ 이하의 저밀도 폴리우레탄 폼으로 이루어지는 단열재를 포함하고,
    상기 단열재의 내부에, 단열재의 두께 방향으로의 압축력 보강을 위한 플라스틱 보강재가 매립된 것을 특징으로 하는 극저온 화물창용 단열판 구조물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플라스틱 보강재는, 복수의 플라스틱 박판이 간격을 가지고 단열재의 두께 방향으로 횡단하도록 배치되는 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 극저온 화물창용 단열판 구조물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 플라스틱 보강재는, 복수의 플라스틱 박판이 격자구조를 이루어 단열재의 두께 방향으로 횡단하도록 배치되는 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 극저온 화물창용 단열판 구조물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    단열재 및 플라스틱 보강재로 이루어지는 단열판의 두께 방향 양면에 목재합판이 접합되고,
    상기 목재합판에는 상기 플라스틱 보강재의 배열에 대응하는 슬릿이 형성되며,
    상기 플라스틱 보강재는, 양측 단부가 단열재의 양측 표면으로부터 더 돌출되어 상기 목재합판의 슬릿에 삽입되는 것을 특징으로 하는 극저온 화물창용 단열판 구조물.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 플라스틱 보강재의 복부 부분에는 관통공이 형성되고, 상기 관통공에 폴리우레탄 폼 단열재가 채워지는 것을 특징으로 하는 극저온 화물창용 단열판 구조물.
  6. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 복수의 플라스틱 박판의 복부 부분에는 관통공이 형성되고, 상기 관통공에 폴리우레탄 폼 단열재가 채워지는 것을 특징으로 하는 극저온 화물창용 단열판 구조물.
  7. 제2항 내지 제3항에 있어서,
    상기 플라스틱 보강재의 양측 단부에는 절곡된 플랜지가 형성되는 것을 특징으로 하는 극저온 화물창용 단열판 구조물.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 플라스틱 보강재는 섬유강화 플라스틱(FRP)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 극저온 화물창용 단열판 구조물.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20140121340A (ko) * 2013-04-05 2014-10-15 현대중공업 주식회사 극저온 물질 운반선의 화물창
KR101466898B1 (ko) * 2014-01-23 2014-12-03 이상섭 단열 합성수지제 패널 및 그의 제작 방법
KR102319048B1 (ko) * 2020-04-21 2021-10-29 변무원 단열 판넬 및 그 제조 방법

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