KR20120113820A

KR20120113820A - 선박용 보강재

Info

Publication number: KR20120113820A
Application number: KR1020110029634A
Authority: KR
Inventors: 김종호; 손민영; 윤준태; 홍정락
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2011-03-31
Publication date: 2012-10-16

Abstract

선박용 보강재가 개시된다. 본 발명에 의한 선박용 보강재는 선박에 설치되는 블럭 부재와; 상기 블럭 부재의 하측에 밀착 배치되고, 상기 블럭 부재와 상이한 재질로 이루어진 보강재가 구비되되, 상기 보강재는 블럭 부재를 통해 가해지는 하중을 지지하는 지지 프레임; 및 상기 지지 프레임의 내부에 삽입 배치되고, 상기 보강재의 굽힘 또는 휨 응력을 지지 보강하는 발포 프레임을 포함한다.

Description

선박용 보강재{Stiffener for Ship}

본 발명은 고분자 수지 또는 보강섬유를 이용한 보강재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선박용 보강재에 관한 것이다.

일반적으로 선박에는 선체의 강도를 유지하기 위해, 다수개의 보강재를 상기 선체의 가로 방향 또는 세로 방향에 설치하여 보강을 실시하고 있다.

종래의 보강재에 대해 첨부된 도 1을 참조하여 설명한다.

종래의 보강재(20)는 소정의 크기를 가지는 블럭 부재(10)에 용접 설치되었다.

상기 보강재(20)는 확대도에 도시된 바와 같이, 블럭 부재(10)의 하면에 수직으로 배치되는 수직 보강재(21)와, 상기 수직 보강재(21)의 하단에 수평하게 배치되는 수평 보강재(22)를 포함한다.

상기 수직 보강재(21)는 블럭 부재(10)의 하면과 면접촉되는 면적이 한정되어 있어서, 상기 블럭 부재(10)를 통해 가해지는 하중이 증가될 경우에 변형이 발생되거나, 지지강도가 저하되는 문제점이 발생되었다.

이를 방지하기 위해 상기 블럭 부재(10)에 다수개의 보강재(20)가 설치되면서 작업 공정이 복잡해지며 공수가 증가되는 문제점이 야기되었다.

또한 선체에 설치되는 다수개의 보강재(20)는 선체의 총 무게를 증가시킴으로써, 선박이 항해시에 소모되는 연료량이 증가되고, 이로 인한 이산화탄소의 발생률이 증가 되었다.

따라서, 강재로 이루어진 보강재의 지지 강성은 유지하면서 선박의 무게를 감소시킬 수 있는 보강재에 대한 대응 방안을 필요로 하였다.

본 발명의 실시예들은 구조적 강도는 유지되면서 경량화가 가능한 선박용 보강재를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면 선박에 설치되는 블럭 부재와; 상기 블럭 부재에 설치되고, 상기 블럭 부재와 상이한 재질로 이루어진 보강재가 구비되되, 상기 보강재는 블럭 부재를 통해 가해지는 하중을 지지하는 지지 프레임; 및 상기 보강재를 지지 보강하는 발포 프레임을 포함한다.

상기 발포프레임은, 상기 지지 프레임의 내부에 배치된다.

상기 발포프레임은, 상기 지지 프레임의 외부에 배치되고, 상기 지지프레임은 솔리드(Solid) 형태로 이루어진다.

상기 지지 프레임은 고분자 수지와 보강섬유가 혼합된다.

상기 고분자 수지는 에폭시, 폴리에스테르, 비닐 에스테르, 페놀 중의 어느 하나 이상을 선택적으로 사용될 수 있다.

상기 보강섬유는 유리섬유(glass fiber), 탄소 섬유(carbon fiber), 아라미드 섬유(aramid fiber), 바잘트 섬유(basalt fiber) 중의 어느 하나 이상을 선택적으로 사용될 수 있다.

상기 발포 프레임은 폴리에틸렌 폼과 PVC 폼 중의 어느 하나 이상을 선택적으로 사용될 수 있다.

상기 발포 프레임은 지지 프레임에 비해 상대적으로 두께가 두꺼울 수 있다.

본 발명의 실시예들은 선박에 사용되는 보강재의 강도는 유지되면서, 경량으로 사용됨으로써, 선박의 무게를 감소시킬 수 있다.

본 발명의 실시예들은 부식에 대한 저항성이 강하고, 내환경성이 우수하여 도장공정의 감소 효과가 있으며, 반영구적으로 사용할 수 있어서 경제성이 향상될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 선박에 소모되는 연료 소모량이 감소되고, 친환경 에너지 절약형 선박의 구현이 가능할 수 있다.

도 1은 종래의 보강재를 개략적으로 도시한 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 선박용 보강재의 제1 실시예를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명에 의한 선박용 보강재의 제2 실시예를 도시한 단면도.
도 4 내지 도 6은 본 발명에 의한 선박용 보강재의 제3 내지 제5 실시예를 도시한 단면도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 선박용 보강재의 성형 방법을 간략히 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 선박용 보강재의 성형 방법을 도시한 순서도.
도 9는 본 발명에 의한 선박용 보강재의 사용 상태도.

본 발명의 제1 실시예에 의한 선박용 보강재에 대해 첨부된 도 2를 참조하여 설명한다.

보강재(100)는 고분자 수지와 보강섬유가 혼합된 지지 프레임(110)과, 상기 보강재(100)를 지지 보강하는 발포 프레임(120)으로 이루어진다.

상기 지지 프레임(110)에 구비된 고분자 수지는 에폭시, 폴리에스테르, 비닐 에스테르, 페놀 중의 어느 하나 이상을 선택적으로 사용될 수 있다.

상기 유리섬유는 인장 강도와, 굴곡성과 내마모성(耐磨耗性)이 우수한 특성을 가지고 있다.

탄소 섬유는 레이온, 아크릴 섬유 등을 가열하여 탄소함유율 90% 이상인 섬유를 말한다. 상기 탄소 섬유는 강철 대비 5분의 1수준으로 무게가 가볍고, 강도는 10배에 달해, 주로 항공기, 자동차, 선박 등의 경량화 소재로 활용되고 있다.

상기 아라미드 섬유는 우수한 인장강도와 탄성률을 가지고 있으며, 내열성이 우수한 특징을 가지고 있다.

상기 지지 프레임(110)은 대표적으로 FRP(Fiber Reinforced Plastics)가 사용될 수 있다. 상기 FRP는 합성수지 속에 섬유기재를 혼입시켜 기계적 강도를 향상시킨 수지를 말한다.

상기 지지 프레임(110)은 블럭 부재(10)의 외측에 밀착 배치되고, 도면 기준으로 소정의 폭(W) 또는 가로 방향으로 연장된 제1 프레임(112)을 더 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예예 의한 지지 프레임(110)은 I자 형상으로 이루어질 수 있으나, 상기 형상에 반드시 한정하지는 않으며 안정적인 블록 부재(10)의 지지를 위한 다른 형상으로의 변경도 가능함을 밝혀둔다.

상기 제1 프레임(112)은 하면 중앙에 수직으로 배치된 제2 프레임(114)을 더 포함할 수 있으며, 상기 제2 프레임(114)은 상기 제1 프레임(112)의 길이와 유사 내지 동일한 길이를 가지며 연장 배치된다. 왜냐하면, 상기 제2 프레임(114)의 길이가 상기 제1 프레임(112)의 길이보다 길게 이루어질 경우에는 상기 블럭 부재(10)의 하중에 의한 좌굴 또는 변형이 발생될 가능성이 높기 때문이다.

상기 제2 프레임(114)은 블럭 부재(10)를 통해 보강재(110)에 가해지는 수직 방향의 하중을 지지 보강할 수 있다.

상기 제2 프레임(114)은 하단에 상기 제1 프레임(112)과 동일한 폭을 가지고, 가로방향으로 연장 배치될 수 있다.

상기 지지 프레임(110)은 하측에 상기 제1 프레임(112)의 구조와 동일한 제2 프레임(116)이 구비되고, 상기 제2 프레임(116)은 제1 프레임(112)의 폭과 동일한 폭으로 이루어진다.

상기 지지 프레임(110)은, 상기 발포 프레임(120)의 외측에 소정의 두께를 이루면서 감싸면서 상기 발포 프레임(120)의 외측에 밀착 배치될 수 있으며, 내부가 채워진 솔리드(Solid) 형태로도 이루어질 수 있다. 상기 발포 프레임(120)의 두께에 대해 특별히 한정하지는 않는다.

본 발명의 일 실시예에 의한 발포프레임(120)은, 지지 프레임(110)의 내부에 배치되고, 폴리에틸렌 폼과 PVC 폼 중의 어느 하나 이상을 선택적으로 사용될 수 있다.

상기 발포 프레임(120)은 폴리에틸렌 폼과 PVC 폼 중의 어느 하나 이상을 포함한 발포액이 주입 경화될 수 있으며, 상기 보강재(100)의 굽힘 응력 또는 휨 응력을 지지 보강할 수 있다. 상기 발포 프레임(120)은 지지 프레임(110)에 비해 상대적으로 두께가 두껍게 이루어진다.

왜냐하면, 블럭 부재(10)를 통해 가해진 하중에 따라서 소정의 탄성력을 유지하면서 하중을 안정적으로 지지 분산하기 위해서이다.

본 발명의 제2 실시예에 의한 선박용 보강재의 구성을 첨부된 도 3을 참조하여 설명한다.

보강재(100a)는 솔리드 형태로 이루어진 지지 프레임(110a)이 구비되고, 상기 지지 프레임(110a)는 I자 형상으로 이루어진다. 상기 지지 프레임(110a)의 형상의 본 실시예의 이해를 돕기 위해 한정한 것일 뿐 상기 형상에 반드시 한정하지 않는다.

상기 지지 프레임(110a)은 블럭 부재(10)의 외측에 밀착 배치되고, 도면 기준으로 소정의 폭(W) 또는 가로 방향으로 연장된 제1 프레임(112a)이 마련되고, 상기 제1 프레임(112a)의 하면 중앙에 수직으로 배치된 제2 프레임(114a)이 마련되며, 상기 제2 프레임(114a)은 하부에 상기 제1 프레임(112a)과 동일 폭(w)으로 이루어지고, 도면 대비 가로 방향으로 연장 배치된 제3 프레임(116a)이 구비된다.

상기 제2 프레임(114a)은 수직 방향에서 발생되는 응력 집중을 지지 보강할 수 있으며 좌, 우측에는 발포 프레임(120)이 구비된다.

상기 발포 프레임(120)은 상기 제1,3 프레임(112a, 116a) 사이에 형성된 사각 형상의 공간에 발포액이 주입 및 경화되면서 도면에 도시된 바와 같이 배치된다.

본 발명의 제3 실시예에 의한 선박용 보강재의 구성을 첨부된 도 4를 참조하여 설명한다.

보강재(100b)는 사각 형상으로 이루어진 지지 프레임(110b)이 구비되고 상기 지지 프레임(110b)은 솔리드(solid) 형태로 이루어진다. 상기 지지 프레임(110b)은 사각 형상으로 이루어진 내부 공간에 발포 프레임(120b)이 주입 경화되면서 도면에 도시된 형태로 이루어진다.

상기 발포 프레임(120b)이 보강재(110b)의 중앙에 배치될 경우에는, 상기 보강재(100b)에 가해진 수평 및 수직 하중이 지지 프레임(110b) 또는 발포 프레임(120b) 중의 어느 하나에 집중되지 않으면서 하중 인가에 따른 탄성 변형력과 굽힘 응력 또는 휨 응력이 증대될 수 있다.

본 발명의 제4 실시예에 의한 선박용 보강재의 구성을 첨부된 도 5를 참조하여 설명한다.

보강재(100c)는 사다리꼴 형상으로 이루어진 지지 프레임(110c)이 구비되고, 상기 지지 프레임(110c)은 솔리드(solid) 형태로 이루어진다. 상기 지지 프레임(110c)은 사다리꼴 형상으로 이루어진 내부 공간에 발포 프레임(120c)이 주입 경화되면서 도면에 도시된 형태로 이루어진다.

상기 발포프레임(120c)은, 폴리에틸렌 폼 또는 PVC 폼 중의 어느 하나가 선택적으로 사용될 수 있으며 다른 재료로의 대처도 가능함을 밝혀둔다.

상기 지지 프레임(110c)이 사다리꼴 형상으로 이루어지는 이유는 블록 부재(10)를 통해 가해지는 하중을 보다 안정적으로 지지 분산시키기 위해서이다.

본 발명의 제5 실시예에 의한 선박용 보강재의 구성을 첨부된 도 6을 참조하여 설명한다.

보강재(100d)는 제1 프레임(112d)이 폭 방향으로 배치되고, 상기 제1 프레임(112d)의 하부 중앙에 수직으로 제2 프레임(114d)이 배치되며, 상기 제2 프레임(114d)의 하부 중앙에 제3 프레임(116d)이 폭 방향으로 배치된다. 상기 보강재(100d)는 I자 형상으로 이루어지며 앞서 설명한 제3 실시예의 구조와 유사한 구조로 이루어진다.

상기 제2 프레임(114d)은 양측에 발포 프레임(120d)이 배치되고, 상기 발포 프레임(120d)은 상기 제1 프레임(112d)과 제3 프레임(116d)사이에 수직으로 배치된다. 즉, 상기 발포 프레임(120d)은 보강재(100d)에 가해지는 수직 방향에서의 하중을 지지 보강하기 위해 마련되고, 내부가 채워진 솔리드(solid) 형태로 이루어진다.

상기 발포 프레임(120d)은 보강재(100d)의 길이 방향을 따라서 동일 간격으로 이격 배치될 수 있으며, 상기 발포 프레임(120d) 사이에 대각선 방향으로 연장 배치되며, 상기 보강재(100d)를 통해 전달되는 대각선 방향에서의 하중을 지지 보강하기 위한 사이드 프레임(122d)이 구비된다. 상기 사이드 프레임(122d)은 발포 프레임(120d)과 함께 성형되는 것이 작업성이 우수하나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니며 하중에 대한 지지 분산 성능을 향상시키기 위해 별도로 성형되는 것도 가능하다. 상기 발포 프레임(120d)과 사이드 프레임(122d)은 내부가 채워진 솔리드(solid) 형태로 이루어진다. 상기 발포 프레임(120d)과 사이드 프레임(122d)은 보강재(100d)의 강도 향상을 위해 구비된다.

상기 사이드 프레임(122d)은 일단이 상기 발포 프레임(120d)의 상단과 연결되고, 타단이 제3 프레임(116d)을 향해 경사지게 배치된다. 상기 발포 프레임(120d)과 사이드 프레임(122d)은 M자 형태로 보강재(100d)에 배치되며 다른 형태로의 변경도 가능함을 밝혀둔다.

본 발명에 의한 선박용 보강재의 제조 방법에 대해 첨부된 도 7 내지 도 8을 참조하여 설명한다.

본 발명에 의한 보강재(100)를 성형하기 위해서는 보강재(100)의 형상이 마련된 성형틀(30)에서 1차적으로 지지 프레임(110)의 형상을 성형하기 위해 인발성형을 실시한다.

선박에 사용되는 보강재(100)를 성형하기 위해, 상기 보강재(100)의 형상이 마련된 성형틀(30)에 고분자 수지와 강화 섬유로 이루어진 재료를 주입하여 내부가 중공으로 이루어진 지지 프레임(110)을 성형(ST100)한다. 상기 고분자 수지는 에폭시, 폴리에스터, 비닐 에스터, 페놀 중의 어느 하나가 선택적으로 사용되고, 강화 섬유는 글래스 섬유(Glass fiber), 카본 섬유(carbon fiber), 아라미드 섬유, 바잘트 섬유(Basalt fiber) 중의 어느 하나가 선택적으로 사용될 수 있다.

그리고 상기 지지 프레임(110)의 내부에 발포재료를 주입하여 상기 지지 프레임(110)과 일체로 발포 프레임(120)을 성형(st200)한다. 상기 발포재료는 폴리우레탄 폼, PVC 폼 중의 어느 하나가 선택적으로 사용될 수 있다. 상기 지지 프레임(110)은 성형시 내부가 중공 형태로 성형될 수 있으며, 상기 지지 프레임(110)의 성형과 함께 발포 프레임(120)이 동시에 성형된다.

또한 상기 지지 프레임(110)과 발포 프레임(120)의 경화를 위해 소정의 온도로 가열을 실시(ST300)한다. 상기 성형틀(30)에 대해 가열을 실시할 경우에 고분자 수지와 강화섬유로 이루어진 보강재(100)의 자체 온도가 소정의 온도로 상승되면서 가열되기 이전의 상태보다 물리적인 강성이 증가되면서 스틸을 사용하지 않고서도 물성이 증가된 보강재(100)의 성형이 이루어진다.

그리고 상기 보강재(100)를 상온에서 서서히 냉각시킨(st400) 후에 단위 길이로 절단을 실시하면 된다.

첨부된 도 3 내지 도 5에 도시된 보강재의 성형방법 또한 앞서 설명한 바와 같이 해당 형상의 보강재로 이루어진 성형재 내부에 지지 프레임과 발포 프레임을 동시에 성형하고, 가열을 실시한 후에 냉각시키면 다양한 형상을 갖는 보강재를 제작할 수 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 의한 선박용 보강재의 사용 상태에 대해 첨부된 도 9를 참조하여 설명한다.

선박에 설치되는 보강재(10)는 스틸로 이루어진 블럭 부재(10)의 하면에 다수개가 연속으로 배치되고, 상기 보강재(10)의 상면 길이 방향을 따라서 접착제가 도포된 상태에서 블럭 부재(10)와 접착된다. 상기 접착제는 스틸로 이루어진 블록 부재(10)와 플라스틱으로 이루어진 보강재(10)와의 안정적인 접착을 위해 사용된다.

상기 블럭 부재(10)는 강재로 이루어지나, 상기 블럭 부재(10)를 지지하는 보강재(100)는 경량의 지지 프레임(110)과 발포 프레임(120)으로 이루어져 있어서, 동일한 갯수의 보강재가 설치되는 조건에서도 선박의 무게를 현저하게 저감시키게 된다.

상기 블럭 부재(10)의 하중(P)은 상기 보강재(100)에 구비된 제1 프레임(112)의 상면을 통해 좌, 우 양측으로 지지 분산되고, 일부의 하중은 제2 프레임(114)과 발포 프레임(120)을 통해 하측 수직 방향으로 전달된다.

상기 발포 프레임(120)은 블럭 부재(10)에 의해 가해지는 하중(P)에 의해 상기 보강재(100)의 굽힘 또는 휘는 현상을 방지하면서 상기 보강재(100)에 가해지는 하중을 안정적으로 지지한다.

상기 하중(P)은 제3 프레임(116)으로 전달된 후에 가로 방향으로 전달되고, 밀착된 발포 프레임(120)을 통해 지지 분산되면서, 상기 보강재(100)에 가해진 하중이 안정적으로 지지될 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

10 : 블럭 부재
100 : 보강재
110 : 지지 프레임
112 : 제1 프레임
114 : 제2 프레임
116 : 제3 프레임
120 : 발포 프레임

Claims

선박에 설치되는 블럭 부재;
상기 블럭 부재에 설치되고, 상기 블럭 부재와 상이한 재질로 이루어진 보강재가 구비되되,
상기 보강재는 블럭 부재를 통해 가해지는 하중을 지지하는 지지 프레임; 및
상기 보강재를 지지 보강하는 발포 프레임을 포함하는 선박용 보강재.
제1 항에 있어서,
상기 발포프레임은,
상기 지지 프레임의 내부에 배치되는 선박용 보강재.
제1 항에 있어서,
상기 발포프레임은,
상기 지지 프레임의 외부에 배치되고, 상기 지지프레임은 솔리드(Solid) 형태로 이루어지는 선박용 보강재.
제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지지 프레임은 고분자 수지와 보강섬유가 혼합되는 선박용 보강재.
제4 항에 있어서,
상기 고분자 수지는 에폭시, 폴리에스테르, 비닐 에스테르, 페놀 중의 어느 하나 이상을 선택적으로 사용되는 선박용 보강재.
제4 항에 있어서,
상기 보강섬유는 유리섬유(glass fiber), 탄소 섬유(carbon fiber), 아라미드 섬유(aramid fiber), 바잘트 섬유(basalt fiber) 중의 어느 하나 이상을 선택적으로 사용되는 선박용 보강재.
제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 발포 프레임은 폴리에틸렌 폼과 PVC 폼 중의 어느 하나 이상을 선택적으로 사용되는 선박용 보강재.
제1 항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 발포 프레임은 지지 프레임에 비해 상대적으로 두께가 두꺼운 선박용 보강재.