KR20120004375A - 가열 장치 및 가열 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 가열 장치는 액화 천연 가스 저장 탱크의 내부 선체에 이웃하여 설치되는 한 쌍의 단열 보드 중 어느 하나의 상면에 고정될 수 있는 프레임, 및 프레임에 설치되어 한 쌍의 단열 보드의 하부 단열 보드 위에 위치하는 주 2차 방벽의 상면에 도포된 접착제를 가열하는 발열부를 포함한다.

Description

가열 장치 및 가열 시스템{HEATING APPARATUS AND HEATING SYSTEM}
본 발명은 가열 장치 및 가열 시스템에 관한 것으로, 특히 액화 천연 가스 저장 탱크를 제조하기 위한 가열 장치 및 가열 시스템이다.
액화 천연 가스 운반선의 경우, 극저온에서 액화된 액화 천연 가스(liquefied natural gas, LNG)를 운반하는 선박으로서 액화천연가스를 저장 및 보관할 수 있는 탱크의 설비를 갖추고 있다. 이러한 액화천연가스 운반선은 액화천연가스의 극저온을 유지하면서 운반할 수 있는 액화 천연 가스 저장 탱크(cargo containment system, CCS)의 설계가 핵심기술이다.
이러한 액화 천연 가스 저장 탱크는 극저온을 유지하기 위해서 액화 천연 가스가 직접 닿는 부분에 위치하는 1차 방벽, 1차 방벽을 지지하는 상부 단열 보드, 상부 단열 보드와 2차 방벽을 지지하며 내부 선체에 고정되는 하부 단열 보드를 포함한다.
이 중 2차 방벽은 1차 방벽에 이상이 발생하여 화물이 누설되더라도 선체에 직접 닿지 않도록 막아주는 역할을 수행한다.
이러한 2차 방벽은 복수의 금속 및 비금속 재료 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있는 박판이 겹쳐져 형성되는, 금속 및 비금속 재질 중 어느 하나 이상의 판재 형상 부재로 이루어질 수 있다. 이때, 온도와 습도 등의 접착 환경에 따라서 경화 후의 접착 품질이 결정된다.
최적의 접착 품질을 얻기 위해서는 액화 천연 가스의 저장 탱크 온도가 항상 상온(20℃~30℃)을 유지하는 것이 바람직하다.
그러나 러시아와 같이 극지방에 위치하는 국가에서 액화 천연 가스 저장 탱크를 건조할 시에는 부피가 큰 저장 탱크의 온도를 일정하게 상온으로 유지하는 것이 용이하지 않다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 저장 탱크의 온도에 상관없이 일정하게 상온을 유지하면서 최적의 접착 품질을 유지하는 가열 장치 및 가열 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 가열 장치는 액화 천연 가스 저장 탱크의 내부 선체에 이웃하여 설치되는 한 쌍의 단열 보드 중 어느 하나의 상면에 고정될 수 있는 프레임, 및 프레임에 설치되어 한 쌍의 단열 보드의 하부 단열 보드 위에 위치하는 주 2차 방벽의 상면에 도포된 접착제를 가열하는 발열부를 포함한다.
상기 프레임은 단열 보드 상면에 고정되는 제 1 프레임, 제1 프레임에 결합되며, 발열부가 설치되는 제 2 프레임을 포함할 수 있다.
상기 제 1 프레임은 단열 보드 상면의 모서리부에 설치될 수 있다.
상기 제1 프레임은 관통 구멍을 더 포함하되, 관통 구멍은 단열 보드 상면의 모서리부에 위치하는 세팅 구멍과 일치하도록 배치할 수 있다.
상기 제 2 프레임은 ㄷ 자형 또는 반원형 단면을 가질 수 있다.
상기 제 2 프레임은 단열 보드 상면의 모서리부를 따라 연장 될 수 있다.
상기 발열부와 접하는 제 2 프레임의 일 면에 설치되는 반사판을 더 포함할 수 있다.
상기 제 2 프레임에 설치되는 발열부는 하측 방향으로 열을 발산하도록 형성될 수 있다.
상기 제 2 프레임에 설치되는 반사판은 기울어지게 형성될 수 있다.
상기 발열부는 적외선 히터일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 가열 시스템은 한 쌍의 단열 보드 각각의 상면에 설치되는 기 설명한 가열 장치를 포함한다.
상기 가열 장치 각각의 발열부는 상기 가열 장치 각각이 설치된 일 단열보드와 이웃하는 타 단열 보드의 주 2차방벽에 도포된 접착제를 가열할 수 있다.
상기 한 쌍의 단열 보드의 길이 방향 양 단부측 중 적어도 어느 일측에 설치되는 에어 커튼 또는 송풍기를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서와 같이 설치 및 이동이 간편한 가열 장치 및 가열 시스템을 이용하면 연결 보드 및 보조 2차 방벽을 설치할 때 접착 영역을 일정한 온도로 유지할 수 있다. 따라서 접착 영역에서의 접착 특성이 향상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열 장치의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화 천연 가스 저장 탱크의 일부분을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 형성한 액화 천연 가스 저장 탱크의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열 장치를 이용하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
이하 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 가열 장치 및 가열 시스템에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열 장치의 개략적인 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가열 장치(900)는 제1 프레임(9a)과 제1 프레임(9a)과 연결된 제2 프레임(9b, 9c, 9d)을 포함하는 프레임(92), 제2 프레임(9b, 9c, 9d)의 내벽에 형성되어 있는 반사판(94), 반사판(94) 위에 설치되어 있는 복수의 발열부(96)를 포함한다.
제1 프레임(9a)은 단열 보드에 설치하기 위한 관통 구멍(30)을 가진다. 가열 장치(900)는 관통 구멍(30)을 통해서 삽입되는 볼트(98) 및 너트(도시하지 않음)를 이용하여 고정시킬 수 있다.
제2 프레임(9b, 9c, 9d)은 제1 프레임(9a)과 연결되는 제1판(9b), 제1판(9b)과 연결되어 있는 제2판(9c), 제2판(9c)과 연결되어 있는 제3판(9d)을 포함한다.
제1판(9b)과 제3판(9d)은 제2판(9c)에 대해서 동일한 각도로 연결되어 있으며, 서로 마주한다. 따라서 제1판(9b), 제2판(9c) 및 제3판(9d)은 ㄷ자 또는 반원형 단면을 가진다.
반사판(94)은 제2 프레임(9b, 9c, 9d)의 내벽에 부착되어 있으며, 제2 프레임과 같이 ㄷ자 형을 이룬다. 반사판(94)은 하측 방향으로 열을 발산시키며, 반사판(94)이 절곡되어 이루는 각도(θ)에 따라서 열이 도달하는 영역(L)의 면적이 달라진다. 접착이 가능한 영역은 열이 도달하는 영역(L) 내에서 이루어지므로, 접착하고자 하는 영역(L)의 면적에 따라서 각도(θ)를 조절한다.
발열부(96)는 복수의 적외선 히터일 수 있으며, 발열부(96)는 전원 공급 장치(도시하지 않음) 및 온도 조절기(도시하지 않음)와 연결되어 일정한 온도를 유지한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 가열 장치(900)는 더운 공기를 내보내는 송풍기(air blow)(도시하지 않음) 또는 공기 커튼(air curtain)(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 송풍기 또는 공기 커튼은 가열 장치 쪽 끝부분에 설치되어 가열 장치 내의 발열부로부터 발생되는 열이 외부로 빠져나가는 것을 막아준다.
그럼 이상의 가열 장치를 이용하여 단열 보드를 연결하기 위해서 연결 부재를 부착하는 방법에 대해서 도 2 내지 4를 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화 천연 가스 저장 탱크의 일부분을 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 형성한 액화 천연 가스 저장 탱크의 개략적인 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열 장치를 이용하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액화 천연 가스 저장 탱크는 액화 천연 가스와 접촉하는 1차 방벽(100), 1차 방벽(100)과 내부 선체(1) 사이에 위치하며 1차 방벽(100) 및 내부 선체(1)와 결합되어 있는 단열 보드를 포함한다. 단열 보드는 액화 천연 가스 저장 탱크의 내부를 밀봉 및 보호한다.
단열 보드는 내부 선체(1)로부터 먼 순서로 상부 단열 보드(200), 주 2차 방벽(300), 하부 단열 보드(400)가 차례대로 적층되어 있다. 이때, 하부 단열 보드(400)는 별도의 고정부재(미도시)를 통하여 내부 선체(1)에 고정되어 있다. 본 실시예에서는 내부 선체(1)에 설치된 스터드 볼트가 하부 단열 부재에 결합되어 하부 단열 보드(400)가 설치되는 것을 예시하였지만 하부 단열 보드(400)의 결합 방법은 이에 한정되지 않는다.
구체적으로 설명하면, 1차 방벽(100)은 -163℃의 극저온 상태의 액화 천연 가스와 직접적으로 접촉하게 되므로 응력 변화에 대응할 수 있는 알루미늄 합금, 인바(invar), 9%니켈강, 스테인레스스틸시트 등 저온 취성에 강한 재질의 금속 재질로 이루어질 수 있다. 그리고 반복적인 온도 변화 및 저장 액체의 하중 변화에도 팽창 및 수축이 용이하도록 중앙부가 융기된 복수의 주름부(8)를 가지며, 주름부(8)는 1차 방벽(100) 전체에 걸쳐 형성되어 있다. 주름부(8)의 내측에는 보강 부재(도시하지 않음)가 채워질 수 있다.
인접하는 1차 방벽(100)은 그 가장자리를 따라서 용접에 의해서 서로 접합될 수 있다.
상부 단열 보드(200)는 상부 단열 부재 보호판(22)과 상부 단열 부재(24)를 포함한다.
상부 단열 부재 보호판(22)은 플라이우드(plywood) 등의 목재로 이루어질 수 있다. 그리고 상부 단열 부재(24)는 단열성을 보유하는 단열재, 예를 들어 폴리우레탄폼(polyurethane foam) 등의 재질로 이루어질 수 있다.
주 2차 방벽(300)은 스테인레스스틸, 알루미늄, 황동, 아연 및 유리 섬유와 같은 섬유강화복합재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 예를 들어 마주하는 70㎛ 두께의 두 알루미늄 포일(aluminum foil) 사이에 0.25mm 두께의 유리 섬유 복합체(glass-fiber composite)를 부착하여 형성할 수 있다.
하부 단열 보드(400)는 하부 단열 부재(44)와 하부 단열 부재 보호판(40)을 포함한다.
하부 단열 부재(44)는 상부 단열 부재(24)와 동일한 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 폴리 우레탄폼 등의 재질로 이루어질 수 있다.
하부 단열 부재 보호판(40)은 플라이우드 등으로 이루어질 수 있다.
하부 단열 부재 보호판(40)은 접착제(7)에 의해서 내부 선체(1)에 부착 고정된다. 접착제(7)는 에폭시 매스틱일 수 있다.
한편, 액화 천연 가스 저장 탱크는 복수의 상부 단열 보드(200) 및 하부 단열 보드(400)를 포함하며 이들은 연결 보드(500) 및 보조 2차 방벽(600)으로 연결되어 있다.
보조 2차 방벽(600)은 극저온 접착제(도시하지 않음)에 의해서 주 2차 방벽(300) 위에 부착되어 있다. 극저온 접착제는 열경화성 접착제층으로서, 에폭시수지(Epoxy Resin), 폴리우레탄수지(Polyurethane Resin), 페놀수지(Phenolic Resin), 폴리에스테르수지(Polyester Resin) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 접착체층은 비-스테이지(B-stage)의 프리프레그(Prepreg)나 열경화성 박막필름접착제를 포함할 수 있다. 접착제층은 80 내지 200℃의 온도로 열에너지를 가하면, 액상으로 용융되었다가 가교반응(Cross-linking)에 의하여 고화되어 보조 2차 방벽(600)과 주 2차 방벽(300)을 결합시킨다.
보조 2차 방벽(600)은 도 1의 가열 장치를 이용하여 부착할 수 있다. 이에 대해서는 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 가열 장치는 제1 프레임(9a)의 관통 구멍을 이용하여 이웃하는 두 상부 단열 보드(200)의 상면 모서리부에 각각 설치된다. 이때, 제1 프레임(9a)의 관통 구멍은 도 2의 상부 단열 보드 상면에 형성된 세팅 구멍(63)과 일치시킨 후 볼트(98) 및 나사(미도시)와 같은 나사 부재를 이용하여 가열 장치를 상부 단열 보드(200)에 고정한다.
가열 장치의 제2 프레임(9b, 9c, 9d)은 상부 단열 보드(200)의 상면 모서리부를 따라 연장되어 있다. 따라서 제2 프레임(9a, 9c, 9d)은 단면이 ㄷ자 또는 반원형을 가지는 터널을 이룬다.
이후, 가열 장치를 작동시켜 발열부(96)에서 발산되는 열을 접착 영역(L1, L2)으로 조사한다.
상부 단열 보드(200)는 하부 단열 보드(400)보다 일정폭 작게 형성되어 하부 단열 보드(400)의 가장자리 일부가 노출된다. 노출된 하부 단열 보드(400) 위에 연결 보드(500)를 부착함으로써 이웃하는 상부 단열 보드(200) 및 하부 단열 보드(400)가 연결된다. 따라서 노출된 하부 단열 보드(400)의 가장자리가 접착 영역(L1, L2)이 된다.
접착 영역(L1, L2)의 크기에 따라서 반사판(94)이 기울어지는 각도를 조절하여 접착 영역(L1, L2) 전체에 균일한 열이 전달될 수 있도록 한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서는 반사판(94)을 제1 프레임(9a)에 대해서 기울어지게 배치하여 가열 장치가 설치된 단열 보드의 접착 영역이 아닌 이웃하는 단열 보드의 접착 영역을 교차하여 가열한다. 그러나 제1 프레임(9a)에 대해서 수직한 방향으로 반사판(94)을 설치하여 가열 장치가 설치된 단열 보드의 접착 영역을 가열할 수도 있다.
이처럼 가열 장치를 이용하면 접착제를 용이하게 접착 영역에 도포할 수 있다. 따라서 보조 2차 방벽(600)을 하부 단열 보드 사이에 부착할 때 접착제가 미리 경화되지 않아 충분한 시간 동안 이들을 접착시킬 수 있다. 따라서 접착제가 경화된 후에도 접착 불량 등의 문제점이 발생하지 않는다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 가열 장치에서는 송풍기 또는 에어 커튼을 가열 장치의 양 끝쪽에 부착된 것을 설명하였다. 그러나 송풍기 또는 에어 커튼은 상부 단열 보드(200) 또는 하부 단열 보드(400)의 양 단부에 설치될 수 있다.
다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 보조 2차 방벽(600)은 주 2차 방벽(300)과 동일한 구조를 가질 수 있으며, 예를 들어 두 알루미늄 포일 사이에 유리 섬유 복합재료가 부착되어 있을 수 있다.
연결 보드(500)는 상부 단열 보드(200) 사이에 위치하여 상부 단열 보드(200) 사이의 간격을 메우며 연결 부재(54)와 연결 부재 보호판(52)을 포함한다. 그리고 연결 보드(500)는 앞서 기술한 극저온 접착제를 이용하여 보조 2차 방벽(600)에 부착될 수 있다.
연결 보드(500)는 보조 2차 방벽(600)을 하부 단열 보드(400) 위에 부착하는 방법과 동일한 방법으로 부착할 수 있다. 즉, 보조 2차 방벽(600)과 같이 도 1의 가열 장치를 설치한 후 극저온 접착제를 이용하여 연결 보드(500)를 보조 2차 방벽(600) 위에 부착할 수 있다.
연결 부재(54)는 상부 단열 부재(24)와 동일한 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 폴리 우레탄폼 등의 재질로 이루어질 수 있다.
연결 부재 보호판(52)은 플라이우드 등으로 이루어질 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직일 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
1: 선체 8: 주름부
22: 상부 단열 부재 보호판 24: 상부 단열 부재
40: 하부 단열 부재 44: 하부 단열 부재 보호판
52: 연결 부재 보호판 54: 연결 부재
92: 프레임 98: 볼트
96: 발열부 100: 1차 방벽
200: 상부 단열 보드 300: 주 2차 방벽
400: 하부 단열 보드 500: 연결 보드
600: 보조 2차 방벽 900: 가열 장치

Claims (13)

  1. 액화 천연 가스 저장 탱크의 내부 선체에 이웃하여 설치되는 한 쌍의 단열 보드 중 어느 하나의 상면에 고정될 수 있는 프레임, 및
    상기 프레임에 설치되어 상기 한 쌍의 단열 보드의 하부 단열 보드 위에 위치하는 주 2차 방벽의 상면에 도포된 접착제를 가열하는 발열부를 포함하는 가열 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 프레임은
    상기 단열 보드 상면에 고정되는 제 1 프레임;
    상기 제1 프레임에 결합되며, 상기 발열부가 설치되는 제 2 프레임을 포함하는 가열 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 프레임은 상기 단열 보드 상면의 모서리부에 설치되는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제1 프레임은 관통 구멍을 더 포함하되,
    상기 관통 구멍은 상기 단열 보드 상면의 모서리부에 위치하는 세팅 구멍과 일치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 프레임은 ㄷ 자형 또는 반원형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 2 프레임은 상기 단열 보드 상면의 모서리부를 따라 연장되는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 발열부와 접하는 상기 제 2 프레임의 일 면에 설치되는 반사판을 더 포함하는 가열 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제 2 프레임에 설치되는 상기 발열부는 하측 방향으로 열을 발산하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제 2 프레임에 설치되는 상기 반사판은 기울어지게 형성되는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 발열부는 적외선 히터인 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  11. 한 쌍의 단열 보드 각각의 상면에 설치되는 제 1 항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 따른 가열 장치를 포함하는 가열 시스템.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 가열 장치 각각의 발열부는 상기 가열 장치 각각이 설치된 일 단열보드와 이웃하는 타 단열 보드의 상기 주 2차방벽에 도포된 접착제를 가열하는 것을 특징으로 하는 가열 시스템.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 한 쌍의 단열 보드의 길이 방향 양 단부측 중 적어도 어느 일측에 설치되는 에어 커튼 또는 송풍기를 더 포함하는 가열 시스템.
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