KR20120127224A - 액화천연가스 저장용기의 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액화천연가스 저장용기의 구조에 관한 것으로서, 액화천연가스는 물론 일정한 압력으로 가압된 액화천연가스를 효율적으로 저장하여 소비지에 공급할 수 있고, 저온 특성이 우수한 금속의 사용을 최소화하여 제작 비용을 절감할 수 있도록 구성된 액화천연가스 저장 용기의 구조에 관한 것이다.
본 발명에 따른 액화천연가스 저장용기의 구조는, 상기 액화천연가스가 내측에 저장되는 내부쉘(110); 상기 내부쉘(110)과의 사이에 공간을 형성하도록 상기 내부쉘(110)의 외측을 감싸는 외부쉘(120); 상기 내부쉘(110)이 외부쉘(120)에 지지될 수 있도록 상기 내부쉘(110) 및 외부쉘(120) 사이의 공간에 설치되는 복수개의 지지대(130); 및 상기 내부쉘(110) 및 외부쉘(120) 사이의 공간에 설치되어 열전달을 감소시키는 단열층부(140);를 포함하되, 상기 지지대(130)는 상기 내부쉘(110) 측에 연결되는 내부지지대(131) 및 상기 외부쉘(120) 측에 연결되는 외부지지대(132)로 구성되며, 상기 내부지지대(131) 및 외부지지대(132) 중 일측에 슬라이딩 바(1315)를 형성하고, 타측에 상기 슬라이딩 바(1315)가 삽입 연결되어 슬라이딩되는 슬라이딩 홀(1325)을 형성하는 것;을 특징으로 한다.

Description

액화천연가스 저장용기의 구조{APPARATUS OF STORING CONTAINER FOR LIQUEFIED NATURAL GAS}
본 발명은 액화천연가스 저장용기의 구조에 관한 것으로서, 액화천연가스는 물론 일정한 압력으로 가압된 액화천연가스를 효율적으로 저장하여 소비지에 공급할 수 있고, 저온 특성이 우수한 금속의 사용을 최소화하여 제작 비용을 절감할 수 있도록 구성된 액화천연가스 저장 용기의 구조에 관한 것이다.
일반적으로, 액화천연가스(liquefied Natural Gas, LNG)는 메탄(Methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 대기압에서 -162℃의 극저온 상태로 냉각시켜 그 부피를 6백분의 1로 줄인 무색 투명한 초저온 액체로서, 기체상태보다 수송 효율이 좋아서 장거리 수송에 경제성이 있는 것으로 알려져 있다.
이와 같은 액화천연가스는 생산 플랜트의 건설 및 운반선의 건조 비용이 많이 소요되어 경제성을 만족시키기 위해서 대규모, 장거리 수송에 적용되어 왔으며, 이에 반하여, 소규모, 단거리 수송에는 파이프라인이나 CNG(Compressed Natural Gas)가 경제성이 있다고 알려져 있으나, 파이프라인을 이용한 수송의 경우 지리적 제약이 따르며, 환경 파괴의 문제 등을 야기할 수 있고, CNG는 수송 효율이 낮은 단점을 가지고 있다.
종래의 액화천연가스를 소비지에 분배하는 방법은 고비용을 요구할 뿐만 아니라, 소비지의 다양한 요구에 유연하게 대처하기 어렵고, 소비지에 별도의 저장 탱크를 필요로 함으로써 인프라 투자에 많은 비용이 소요되며, 액화천연가스의 하역에도 많은 시간과 노력을 필요로 하는 문제점을 가지고 있었다.
또한, 천연가스는 대기압에서 -163℃의 액화점을 가지며, 일정한 압력이 작용할 경우 액화점이 대기압 하에서 보다 상승하는 특성이 있다. 이러한 특성은 액화 공정 중에서 산성 가스(Acid gas)의 제거 및 NGL(Natural Gas Liquid)의 분별(Fractionation) 등과 같은 처리 단계를 축소할 수 있으며, 이에 따른 설비와 설비 용량의 감소로 이어져서 액화천연가스의 생산 단가를 감소시키도록 하는 장점을 가지게 된다.
그러나, 종래의 액화천연가스 터미널이나 가스화 시설을 갖춘 선박에 마련된 액화천연가스 저장 탱크는 일정한 크기로 제한되어 있을 뿐만 아니라, 상기한 바와 같은 천연가스의 특성을 반영하여 경제성을 가지도록 하는 액화천연가스의 저장에 부적합하고, 다양한 수요자의 요구에 맞춰서 손쉽게 소비지로 액화천연가스를 운반하는 것이 어렵다.
상기한 문제를 해결하기 위하여 일반적인 액화천연가스뿐만 아니라 일정한 압력으로 가압된 액화천연가스를 저장하기 위하여, 저온 특성이 우수한 금속 소재를 사용하여, -120℃ 이상의 극저온 및 고압을 견딜 수 있도록 하는 용기 제작이 가능하나, 이를 위해서는 용기의 벽체 두께가 증가할 수밖에 없으며, 저온 특성이 우수한 고가의 금속 사용으로 인해 경제성 확보에 어려움을 가지는 다른 문제점을 가지게 된다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 액화천연가스는 물론 일정한 압력으로 가압된 액화천연가스를 효율적으로 저장하여 소비지에 공급할 수 있도록 하고, 저온 특성이 우수한 금속의 사용을 최소화하여 제작 비용을 절감하도록 하며, 다양한 목적과 수요자의 요구를 쉽게 만족시킬 수 있도록 하며, 운반 선박의 종류 및 크기의 다양성을 확보할 수 있도록 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 액화천연가스 저장용기의 구조에 있어서, 상기 액화천연가스가 내측에 저장되는 내부쉘(110); 상기 내부쉘(110)과의 사이에 공간을 형성하도록 상기 내부쉘(110)의 외측을 감싸는 외부쉘(120); 상기 내부쉘(110)이 외부쉘(120)에 지지될 수 있도록 상기 내부쉘(110) 및 외부쉘(120) 사이의 공간에 설치되는 복수개의 지지대(130); 및 상기 내부쉘(110) 및 외부쉘(120) 사이의 공간에 설치되어 열전달을 감소시키는 단열층부(140);를 포함하되, 상기 지지대(130)는 상기 내부쉘(110) 측에 연결되는 내부지지대(131) 및 상기 외부쉘(120) 측에 연결되는 외부지지대(132)로 구성되며, 상기 내부지지대(131) 및 외부지지대(132) 중 어느 하나에 슬라이딩 바(1315)를 형성하고, 다른 하나에 상기 슬라이딩 바(1315)가 삽입 연결되어 슬라이딩되는 슬라이딩 홀(1325)을 형성하는 것;을 특징으로 하는 액화천연가스 저장용기의 구조를 제공한다.
상기 슬라이딩 바(1315)는 상기 내부지지대(131) 및 외부지지대(132) 중 어느 하나로부터 외측으로 돌출되도록 형성되고, 상기 슬라이딩 홀(1325)는 상기 내부지지대(131) 및 외부지지대(132) 중 다른 하나에 형성하되, 상기 슬라이딩 바(1315)가 삽입되어 좌우방향으로 슬라이딩 될 수 있도록 하는 것;을 특징으로 한다.
상기 슬라이딩 바(1315)의 단부에는 상기 슬라이딩 홀(1325)의 폭보다 크게 형성되는 슬라이딩 헤드(1316)를 갖는 것;을 특징으로 한다.
상기 지지대(130)는 하나 이상의 내부지지대(131) 및 외부지지대(132)로 구성하되, 교대로 배치되며; 최하측에는 최하측 외부지지대(132)가 위치하는 것;을 특징으로 한다.
상기 내부지지대(131) 및 외부지지대(132)는, 양단부에 형성되는 상부플랜지(1311, 1321) 및 하부플랜지(1312, 1322)와, 상기 상부 및 하부플랜지(1311, 1321, 1312, 1322)를 연결하는 웨브(1313, 1323);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 최하측 외부지지대(132)의 상부플랜지(1321)에는 슬라이딩 홀(1325)이 형성되고, 상기 최하측 외부지지대(132)의 상측에 위치하는 최하측 내부지지대(131)의 하부플랜지(1312)에는 슬라이딩 바(1315)가 형성되는 것;을 특징으로 한다.
상기 내부지지대(131)는 저온에 견디는 금속으로 제작하고, 상기 외부지지대(132)는 강화 플라스틱 소재로 제작하되, 상기 외부지지대(132)는 체결부(1327)에 의해 저온에 견디는 금속으로 제작된 연결플레이트(1326)와 체결되고, 상기 연결플레이트(1326)는 상기 외부쉘(120)과 용접되어 상기 외부지지대(132)가 상기 외부쉘(120)과 연결되는 것;을 특징으로 한다.
상기 지지대(130)는 상기 내부쉘(110) 및 외부쉘(120)의 측부 둘레를 따라 복수개 설치되는 것;을 특징으로 한다.
상기 지지대(130)는 상기 내부쉘(110)의 상하방향으로 간격을 두고서 복수개 설치되는 것;을 특징으로 한다.
상기 내부쉘(110)이 외부쉘(120)에 지지될 수 있도록 상기 내부쉘(110) 및 외부쉘(120) 사이의 하부 공간에 설치되는 하부지지대(133);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 내부쉘(110)의 내부 공간과 상기 내부쉘(110) 및 외부쉘(120) 사이의 공간을 연결하는 이퀄라이징 라인(190);을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 이퀄라이징 라인(190)은 상기 내부쉘(110)의 내부 공간으로부터 상기 저장용기(100)의 외부로 돌출된 후 상기 내부쉘(110) 및 외부쉘(120) 사이의 공간으로 연결되는 것;을 특징으로 한다.
상기 내부쉘(110)의 내부 공간 상부에 연결되어 외부로 연장되며, 제1 배기밸브(186)가 설치되는 제1 배기라인(185);을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 내부쉘(110)의 내부 공간 상단과 하단에 각각 연결되어 외부로 돌출되며, 선역라인(10)과 하역라인(20)이 각각 연결되는 제1 및 제2 연결부(180, 181);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 이퀄라이징 라인(190)은 유체의 흐름을 개폐시키기 위한 개폐밸브(191)가 설치되는 것;을 특징으로 한다.
상기 이퀄라이징 라인(190)은 제2 배기밸브(196)가 설치되는 제2 배기라인(195)이 연결되는 것;을 특징으로 한다.
상기 내부쉘(110)은 주름구조(150)를 형성하고 있는 것;을 특징으로 한다.
상기 내부쉘(110)은 원통형 구조인 것;을 특징으로 한다.
상기 주름구조(150)는 하나 이상의 주름(151)으로 구성하되, 상기 주름(151)은 하나 이상의 굴곡부(152)를 갖도록 형성되는 것;을 특징으로 한다.
상기 굴곡부(152)는 각진 모서리 굴곡부(1521), 둥근 모서리 굴곡부(1522), 및 물결 모양 굴곡부(1523) 중 어느 하나 이상을 갖도록 형성되는 것;을 특징으로 한다.
상기 내부쉘(110)은 상기 액화천연가스의 저온에 견디는 금속으로 이루어지고, 상기 외부쉘(120)은 상기 내부쉘(110) 및 외부쉘(120) 사이의 공간 내부압력을 견디는 강 소재로 이루어지는 것;을 특징으로 한다.
상기 내부쉘(110)은 -120 ~ -95℃의 온도를 견디고, 상기 외부쉘(120)은 13 ~ 25bar의 압력을 견디는 것;을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 액화천연가스는 물론 일정한 압력으로 가압된 액화천연가스를 효율적으로 저장하여 소비지에 공급할 수 있고, 저온 특성이 우수한 금속의 사용을 최소화하여 제작 비용을 절감할 수 있으며, 다양한 목적과 수요자의 요구를 쉽게 만족시킬 수 있고, 운반 선박의 종류 및 크기의 다양성을 확보할 수 있다.
또한, 내부쉘의 내압과 단열층부의 내압이 비슷한 값을 갖도록 설계하여 구조적 안전성을 확보하며, 외부쉘을 내압을 견딜 수 있는 강(steel) 소재로 사용하여 고가의 저온 특성이 우수한 금속 사용을 줄여 저장용기의 제작 비용을 절감할 수 있다.
또한, 간단한 구성으로 내부쉘과 외부쉘을 지지하는 지지구조물에 발생하는 열변형으로 인한 열응력의 집중을 막을 수 있어 내구성이 높으며, 지지구조물의 제작비용을 절감할 수 있다.
또한, 외부지지대를 열전달계수가 낮은 강화플라스틱 소재로 사용하여 열전달을 최소화함과 동시에 외부지지대를 외부쉘에 연결하는 별도의 연결플레이트를 설치하여 외부지지대를 외부쉘에 용이하게 용접연결할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화천연가스의 저장용기의 구조를 개략적으로 도시한 종방향 단면도.
도 2는 도 1의 A를 확대한 도면으로서, 다양한 형태의 지지대를 도시한 도면.
도 3은 도 2를 확대한 도면으로서, (a)는 B를 확대한 도면이고, (b)는 C를 확대한 도면.
도 4는 외부지지대를 도시한 도면으로서, (a)는 외부지지대를 저장용기의 반경방향으로 본 도면이고, (b)는 (a)의 측면도.
도 5는 발명의 제2 실시예에 따른 액화천연가스의 저장용기의 일부를 절단하여 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화천연가스의 저장용기의 구조를 개략적으로 도시한 종방향 단면도.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화천연가스의 저장용기의 구조를 개략적으로 도시한 종방향 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 액화천연가스 저장용기의 내부쉘 구조를 개략적으로 도시한 종방향 단면도.
도 9 내지 도 11는 본 발명에 따른 액화천연가스 저장용기의 내부쉘 구조에 대한 다양한 형태를 개략적으로 도시한 도면.
도 12은 본 발명의 제5 실시예에 따른 액화천연가스의 저장용기의 구조를 개략적으로 도시한 종방향 단면도.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
도 1 내지 도 12에 도시된 본 발명의 다양한 실시예에 따른 액화천연가스 저장용기의 구조는, 내부쉘(110)의 내측에 액화천연가스를 저장하고, 내부쉘(110)의 외측에 내부쉘(110)의 외측을 감싸는 외부쉘(120)을 설치하여 내부쉘(110)과의 사이에 공간을 형성하고, 내부쉘(110) 및 외부쉘(120) 사이의 공간에는 복수개의 지지대(130) 및 열전달을 감소시키는 단열층부(140)를 설치한다.
내부쉘(110)은 내측에 액화천연가스가 저장되기 위한 공간을 형성하고, 액화천연가스의 저온에 견디는 금속, 예를 들면, 알루미늄, 스테인레스 스틸, 5~9%니켈강 등과 같은 저온 특성이 우수한 금속으로 이루어지며, 본 발명의 다양한 실시예를 도시한 도면에서 보듯이 튜브 형태로 이루어지거나, 그 밖의 다면체를 비롯한 다양한 형상을 가질 수도 있다.
이러한 내부쉘(110)은 -120 ~ -95℃의 온도를 견딜 수 있도록 제작하는 것이 바람직하다.
외부쉘(120)은 내부쉘(110)과의 사이에 공간을 형성하도록 내부쉘(110)의 외측을 감싸며, 내부쉘(110) 내에 저장되는 액화천연가스의 압력을 견딜 수 있는 강(steel) 소재로 이루어지며, 후술할 이퀄라이징 라인(190)에 의해 외부쉘(120)이 내부쉘(110) 내측의 압력을 분담함으로써 내부쉘(110) 소재의 사용량을 절감할 수 있고, 저장용기(100)의 제작 비용도 줄일 수 있게 된다.
이러한 외부쉘(120)은 13 ~ 25bar의 압력을 견디도록 제작하는 것이 바람직하다.
내부쉘(110)은 후술할 이퀄라이징 라인(190)에 의해 내부쉘(110)의 내측 압력과 내부쉘(110) 및 외부쉘(120)이 형성하는 공간(즉, 단열층부(140)가 형성되는 공간)의 압력이 동일(여기서, 내부쉘(110)의 내측 압력과 동일한 압력이란, 엄밀한 정도로 동일한 것을 의미하는 것이 아니라 근사한 정도도 포함하는 의미이다)해져 액화천연가스의 압력을 외부쉘이 지탱할 수 있게 된다.
따라서, 내부쉘(110)을 내부쉘(110)의 내측에 저장되는 액화천연가스의 압력을 견딜 수 있는 지에 무관하게 -120 ~ -95℃의 온도를 견디도록만 제작하여도 액화천연가스 저장용기(100)는 안전하게 액화천연가스를 저장할 수 있게 된다.
즉, 일정한 압력 및 온도(예를 들어, 17bar 및 -115℃)를 갖도록 생산된 액화천연가스를 저장용기(100)의 내부쉘(110)에 저장하더라도 외부쉘(120)과 단열층부(140)가 조립된 상태에서 일정한 압력 및 온도를 갖는 액화천연가스를 안전하게 저장할 수 있게 된다.
한편, 내부쉘(110)은 외부쉘(120)의 두께(t2)에 비하여 작은 두께(t1)를 가지도록 형성될 수 있으며, 이로 인해 제작시 저온 특성이 우수한 고가의 금속 사용을 줄일 수 있다.
지지대(130)는 내부쉘(110)이 외부셀(120)에 지지될 수 있도록 하는데, 내부쉘(110)의 온도변화에 따른 수축 및 팽창을 구속한다면 지지대(130)에 응력집중이 생겨 손상의 우려가 높으므로 지지대(130)에 응력집중이 생기지 않도록 제작하여야 한다.
따라서, 지지대(130)는 내부쉘(110) 측에 연결되는 내부지지대(131) 및 외부쉘(120) 측에 연결되는 외부지지대(132)로 구성하되, 도 1에 도시된 바와 같이, 내부지지대(131) 및 외부지지대(132)가 접촉면을 사이에 두고 슬라이딩되도록 연결하는 것이 바람직하다.
내부지지대(131) 및 외부지지대(132)는 슬라이딩이 가능하도록 어느 하나에 슬라이딩 바(1315)를 형성하고, 다른 하나에 슬라이딩 바(1315)가 삽입 연결될 수 있는 슬라이딩 홀(1325)을 형성할 수 있다.
슬라이딩 바(1315)는 내부지지대(131) 및 외부지지대(132) 중 어느 하나로부터 외측으로 돌출되도록 형성되고, 슬라이딩 홀(1325)은 내부지지대(131) 및 외부지지대(132) 중 다른 하나에 형성하되, 슬라이딩 바(1315)가 삽입되어 좌우방향으로 슬라이딩 될 수 있도록 형성한다.
도 1의 A를 확대한 도면인 도 2에는 다양한 형태의 지지대(130)를 도시하였다.
도 2에 도시된 바와 같이, 지지대(130)는 내부쉘(110) 측에서 외부쉘(120) 측으로 지지대(130)를 통한 열전달이 최소화될 수 있도록 단면적이 최소가 되는 구조로 제작하는 것이 바람직하며, 이를 위해 도 2의 (a)와 같이, 내부지지대(131) 및 외부지지대(132)가 슬라이딩될 수 있도록 하는 내부지지대(131)의 하부플랜지(1312) 및 외부지지대(132)의 상부플랜지(1321)를 형성한다.
이 때, 내부지지대(131) 및 외부지지대(132)는 구조적 강성을 높일 수 있도록 양단부에 각각 상부플랜지(1311, 1321) 및 하부플랜지(1312, 1322)를 형성하고, 상부플랜지(1311, 1321) 및 하부플랜지(1312, 1322) 사이를 웨브(1313, 1323)로 연결한 I형 부재로 형성할 수 있다.
즉, 내부지지대(131)의 플랜지에서 외측으로 돌출되는 슬라이딩 바(1315)를 형성하고, 외부지지대(132)의 플랜지에는 슬라이딩 바(1315)가 삽입 연결되어 슬라이딩 될 수 있도록 하는 슬라이딩 홀(1325)을 형성할 수도 있고, 슬라이딩 바(1315)를 외부지지대(132)에 형성하고, 슬라이딩 홀(1325)을 내부지지대(132)에 형성할 수 있다.
슬라이딩 바(1315)는 수직방향으로 지지대의 외측으로 돌출하는 것이 바람직하다.
한편, 내부쉘(110) 측에 연결되는 내부지지대(131)는 내부쉘(110) 내측에 저장되는 극저온의 액화천연가스로부터 전달되는 극저온에 의해 취성파괴가 발생할 있으므로 저온에 견디는 금속(예를 들면, 알루미늄, 스테인레스 스틸, 5~9%니켈강 등과 같은 저온 특성이 우수한 금속)으로 제작하는 것이 바람직하고, 외부지지대(132)는 내부쉘(110)과 직접적인 연결이 이루어지지 않으므로 고가의 저온용 금속이 아닌 강화플라스틱 소재로 제작하여 저장용기(100)의 제작비용을 절약하는 것이 바람직하다.
슬라이딩 바(1315)는 별도의 부재로 제작한 후 지지대에 용접 연결하는 것이 편리하므로, 슬라이딩 바(1315) 및 슬라이딩 바(1315)를 연결하는 지지대는 용접이 가능한 금속으로 제작하는 것이 바람직하다.
즉, 슬라이딩 바(1315)는 금속으로 제작한 후 금속으로 제작되는 내부지지대(131)에 용접으로 연결시키되, 내부지지대(131)에 직접연결되는 슬라이딩 바(1315)가 내부쉘(110) 내측의 극저온의 액화천연가스로부터 전달되는 극저온의 온도로 인해 취성파괴되지 않도록 내부지지대(131)와 마찬가지로 저온용 금속으로 제작하는 것이 바람직하다.
슬라이딩 바(1315)의 단부에는 슬라이딩 홀(1325)의 폭보다 크게 형성되는 슬라이딩 헤드(1316)를 갖도록 하여 슬라이딩 바(1315)가 슬라이딩 홀(1325)로부터 예기치 않게 빠지는 것을 방지하도록 하거나, 내부쉘(110)이 상항방향으로 열수축 및 열팽창이 있어도 내부지지대(131) 및 외부지지대(132)가 내부쉘(110)을 구속할 수있도록 한다.
슬라이딩 홀(1325)은, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 슬라이딩 바(1315)가 형성된 내부지지대(131)의 하부플랜지(1312)가 외부지지대(131)의 상부플랜지(1321)를 슬라이딩할 수 있도록 외부지지대(131)의 상부플랜지(1321)에 형성하거나, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 슬라이딩 바(1315)가 형성된 내부지지대(131)의 상부 및 하부플랜지(1311, 1312)가 외부지지대(131)의 하부 및 상부플랜지(1322, 1321)를 슬라이딩할 수 있도록 외부지지대(131)의 하부 및 상부플랜지(1322, 1321)에 형성할 수 있다.
외부지지대(132)는 상술하였듯이 강화플라스틱 소재로 제작하는 것이 바람직한데, 강화플라스틱 소재는 용접이 불가능하므로, 도 4에 도시된 바와 같이, 용접 불가능한 외부지지대(132)를 외부쉘(120)에 용접 연결하기 위한 용접이 가능한 금속으로 제작되는 별도의 연결 플레이트(1326) 및 연결 플레이트(1326)를 외부지지대(132)에 체결하기 위한 체결부(1327)를 추가할 수 있다.
연결 플레이트(1326) 및 체결부(1327)는 저온에 견디는 금속으로 제작하는 것이 바람직하다.
체결부(1327)에 의해 용접이 불가능한 소재로 제작된 외부지지대(132)는 저온에 견디는 금속으로 제작된 연결플레이트(1326)와 체결되고, 연결플레이트(1326)는 외부쉘(120)과 용접되어 외부지지대(132)가 외부쉘(120)과 연결된다.
체결부(1327)는 저온에 견디는 금속으로 제작되는 볼트 및 너트로 제작하여 연결 플레이트(1326)와 플랜지(1321, 1322)를 체결하도록 할 수 있다.
이러한 지지대(130)는, 도 2의 (a) 및 (c)에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 내부지지대(131) 및 외부지지대(132)로 구성하되, 내부지지대(131) 및 외부지지대(132)가 교대로 배치되도록 하여 내부쉘(110)의 열수축 및 열팽창이 잘 흡수되도록 지지대(130)를 구성할 수 있다.
이 때, 지지대(130)의 최하측에는 외부지지대(132)가 위치하도록 하는 것이 바람직한데, 최하측에 위치하는 지지대가 (132)가 가장 큰 하중을 받으므로 고가의 저온용 금속으로 제작되는 내부지지대(131)가 최하측에 위치한다면 큰 하중으로 인해 수명이 짧아지게 되므로 이를 방지하기 위해 저가의 소재로 제작되는 외부지지대(132)를 최하측에 위치시키는 것이다.
즉, 본 발명에 따른 지지대(130)는, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 최하측에 외부지지대(132)를 형성하고, 그 위에 내부지지대(131)가 오도록 교대로 외부지지대(132) 및 내부지지대(131)를 형성할 수 있다.
그리고, 외부지지대(132)의 플랜지와 슬라이딩 되는 내부지지대(131)의 플랜지에 슬라이딩 바(1315)를 형성하고, 내부지지대(131)의 플랜지와 슬라이딩되는 외부지지대(132)의 플랜지에 슬라이딩 홀(1325)을 형성한다.
지지대(130)는 내부쉘(110) 및 외부쉘(120)의 측부 둘레를 따라 복수개 설치될 수 있고, 또한 내부쉘(110)의 상하방향으로 간격을 두고서 복수개 설치될 수 있다.
이러한 구성으로 인해 내부쉘(110)의 반경 방향의 열수축 및 열팽창은 외부쉘(120)에 지지되면서 자유롭게 이루어지게 되며, 상하방향의 열수축 및 열팽창도 외부지지대(132)의 슬라이딩 홀(1325)에 내부지지대(131)에 형성된 슬라이딩 헤드(1316)가 걸려 구속되므로 내부쉘(110)을 보다 잘 지지할 수 있게 된다.
이 때, 상하방향의 열수축 및 열팽창은 후술할 주름구조의 형상으로 인해 열변화를 흡수할 수 있으므로 상하방향의 과도한 구속이 발생하지 않아 슬라이딩 헤드(1316) 및 슬라이딩 홀(1325)의 구조적 안정성을 보장한다.
한편, 외부쉘(120)이 내부쉘(110)을 보다 안정적으로 지지할 수 있도록 도 1에 도시된 바와 같이, 내부쉘(110) 및 외부쉘(120) 사이의 하부 공간에 하부지지대(133)를 추가할 수도 있으며, 도 12에 도시된 본 발명의 제5 실시예에 따른 액화천연가스의 저장용기처럼 저장용기(100)를 횡방향으로 설치하는 경우에는 내부지지대(131) 및 외부지지대(132)에 형성된 슬라이딩 바(1315) 및 슬라이딩 홀(1325)이 내부쉘(110)을 안정적으로 지지하기 어려우므로 하부지지대(133)를 설치하는 것이 바람직할 것이다.
단열층부(140)는 내부쉘(110)과 외부쉘(120) 사이의 공간에 설치되고, 열전달을 감소시키는 단열재로 이루어진다. 또한, 단열층부(140)에는 내부쉘(110) 내의 압력과 동일한 압력이 가해지도록 구조 또는 재질적인 설계가 이루어질 수 있는데, 여기서, 내부쉘(110) 내의 압력과 동일한 압력이란, 엄밀한 정도로 동일한 것을 의미하는 것이 아니라 유사한 정도도 포함하는 의미이다.
따라서, 단열층부(140)가 마련되는 내부쉘(110) 및 외부쉘(120) 사이의 공간과 내부쉘(110) 내측의 공간은 압력 평형을 위해 이퀄라이징 라인(190)으로 서로를 연결할 수 있다.
이와 같은 이퀄라이징 라인(190)에 의하여 내부쉘(110) 안과 밖(외부쉘(120) 안쪽)에서의 압력이 평형이 되며, 외부쉘(120)이 압력의 상당부분을 지지하여 내부쉘(110)의 두께를 줄일 수 있게 된다.
이퀄라이징 라인(190)는 내부쉘(110)의 선역라인(10)에 마련되는 제1 연결부(180)에서 외부쉘(120)의 안쪽 공간과 접하는 측에 형성될 수 있다.
이퀄라이징 라인(190)은 도 1에 도시된 바와 같이 밸브로 구성되거나, 후술할 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이 배관으로 구성할 수도 있다. 따라서, 내부쉘(110) 내의 압력이 이퀄라이징 라인(190)를 통해서 단열층부(140) 측으로 이동함으로써 내부쉘(110)의 내측과 외측간에 압력이 평형을 이룬다.
즉, 이퀄라이징 라인(190)에 의해 내부쉘(110)의 내측과 외측간의 압력이 균형을 이룰 수 있으므로, 내부쉘(110)을 저온 특성이 우수한 금속으로 제작하고, 외부쉘(120)을 강도가 우수한 강(steel) 소재로 제작할 수 있어 액화천연가스뿐만 아니라 가압액화천연가스의 저장이 가능해진다.
또한, 내부쉘(110)의 두께(t1)를 감소시켜 저온 특성이 우수한 고가의 금속 사용을 줄일 수 있게 되며, 내부쉘(110)의 내압에 의한 구조적 결함 발생도 방지할 수 있고, 내구성이 우수한 저장용기(100)를 제공할 수 있다.
한편, 내부쉘(110)의 내부 공간 상단과 하단에 제1 및 제2 연결부(180,181)를 각각 설치하여 외부쉘(120)을 통과하여 외부로 돌출하되, 제1 연결부(180)에 연결되는 선역라인(10)을 통해서 내부쉘(110)의 내측으로 액화천연가스를 선역할 수 있도록 하고, 제2 연결부(181)에 연결되는 하역라인(20)을 통해서 내부쉘(110) 내측의 액화천연가스를 하역할 수 있도록 할 수 있다.
한편, 선역라인(10)과 하역라인(20)에는 밸브(10a,20a)를 각각 설치할 수 있다.
도 5 및 도 6에 도시된 본 발명의 제2 및 제3 실시예에 따른 액화천연가스의 저장용기(100)는 제1 배기라인(185), 제1 재기밸브(186) 그리고, 내부쉘(110)의 내부 공간으로부터 저장용기(100)의 외부로 돌출된 후 내부쉘(110) 및 외부쉘(120) 사이의 공간으로 연결되는 이퀄라이징 라인(190)을 포함한다.
제1 배기라인(185)는 내부쉘(110)의 내부 공간 상부에 연결되어 외부로 연장되고, 제1 배기밸브(186)는 가스의 흐름을 개폐시키기 위해 제1 배기라인(185)에 설치하여 제1 배기라인(185)이 제1 배기밸브(186)의 개방에 의해 내부쉘(110)의 내부 공간으로부터 외부로 가스를 배출할 수 있도록 한다.
이퀄라이징 라인(190)은 도 1에 도시된 제1 실시예와는 달리 배관으로 구성하여 길게 형성되도록 함으로써 내부쉘(110) 내측에 저장된 액화천연가스가 넘쳐 흘러도 이퀄라이징 라인(190)을 통해 내부쉘(110) 및 외부쉘(120) 사이의 공간으로 누설되는 것을 방지할 수 있게 된다.
이퀄라이징 라인(190)에는 유체, 예컨대 천연가스나 증발가스의 흐름을 개폐시키기 위한 개폐밸브(191)가 설치될 수 있다. 따라서, 저장용기(100)의 위치나 자세 변경 등과 같은 경우에 이퀄라이징 라인(190)을 통한 발생할 수 있는 유체의 이동을 개폐밸브(191)가 차단할 수 있게 된다.
도 7에 도시된 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화천연가스의 저장용기(100)는 제2 배기라인(195), 제2 배기밸브(196)을 포함할 수 있으며, 이퀄라이징 라인(190)은 제2 배기밸브(196)가 설치되는 제2 배기라인(195)에 연결된다.
제2 배기밸브(196)는 이퀄라이징 라인(190)과 제2 배기라인(195)을 통해서 내부쉘(110) 내부의 가스를 외부로 배출할 수 있는데, 이로 인해 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 내부쉘(110)에 별도의 배기라인(185)을 연결시키기 위한 복잡한 공정을 피할 수 있고, 저장용기(100)를 관통하여 설치하는 장치가 감소하여 저장용기(100)의 구조적 안정성을 유지할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 다양한 실시예의 저장용기(100)의 내부쉘(110)은 주름구조(150)로 제작할 수 있는데, 도 8은 본 발명에 따른 액화천연가스 저장용기의 내부쉘 구조를 개략적으로 도시한 종방향 단면도이고, 도 9 내지 도 11는 본 발명에 따른 액화천연가스 저장용기의 내부쉘 구조에 대한 다양한 형태를 개략적으로 도시한 도면이다.
내부쉘(110)은, 도 1에 도시된 바와 같이. 상부에는 상부덮개(160), 하부에는 하부덮개(170), 측면에는 주름구조(150)를 갖는 원통형(또는 튜브형)으로 이루어질 수 있으며, 그 밖의 다면체를 비롯한 다양한 형상을 가지도록 제작할 수도 있다.
내부쉘(110)에 형성되는 주름구조(150)는 주름의 단면 형상에 따라 다양한 굴곡부(152)를 가질 수 있으며, 다양한 굴곡부(152)를 갖는 주름(151)을 하나 이상 가질 수 있다.
하나 이상의 주름(151)은 하나의 내부쉘(110) 전체에서 동일한 모양을 갖도록 굴곡각도(153), 주름깊이(154), 주름거리(155)를 결정할 수 있고(도 9의 (a), (b), (c) 참조), 일부가 서로 다른 모양을 갖거나, 전체가 서로 다른 모양을 갖도록 굴곡각도(153), 주름깊이(154), 주름거리(155)를 결정할 수도 있다.
다양한 굴곡부(152)의 형상으로는 각진 모서리 굴곡부(1521), 둥근 모서리 굴곡부(1522), 물결모양 굴곡부(1523) 등 다양한 형상을 가질 수 있다.
도 9의 (a) 실시예에서는 하나의 주름(151)에 각진 모서리 굴곡부(1521)가 4개 형성되도록 제작된 내부쉘(110)을 도시하였으며, 각진 모서리 굴곡부(1521)의 굴곡각도(153)를 다양하게 구성한다면 더욱 다양한 모양의 주름을 갖도록 할 수 있을 것이다.
도 9의 (b), (c) 각각의 실시예에서는 하나 이상의 주름(151)이 서로 주름깊이(154)와 주름거리(155)를 달리하도록 형성된 내부쉘(110)을 도시하였으며, 각각의 주름에 각진 모서리를 갖지 않도록 모서리 부분을 라운딩처리하여 둥근 모서리 굴곡부(1522)를 갖도록 하였다.
도 10의 (a), (b) 각각의 실시예에서는 하나 이상의 주름(151)이 서로 주름깊이(154)와 주름거리(155)를 달리하도록 형성된 내부쉘(110)을 도시하였으나, 각각의 주름(151)에는 물결모양의 굴곡부가 형성된 물결모양 굴곡부(1523)를 갖는 내부쉘(110)을 도시하였다.
또한, 도 11의 (a), (b)에 도시된 바와 같이, 각진 모서리 또는 둥근 모서리를 갖는 굴곡부(1521, 1522)와 물결모양을 갖는 굴곡부(1523)를 하나의 주름으로 형성할 수도 있을 것이다.
본 발명에 따른 다양한 실시예에서는 내부쉘(110)의 측면부에 주름구조(150)를 형성하는 것으로 도시하였으나, 측면뿐만 아니라 상부덮개(160)나 하부덮개(170)에도 필요하다면 주름구조(150)를 형성할 수 있다.
도 8 내지 도 11에 도시된 본 발명의 실시예인 액화천연가스의 저장용기(100)를 제작하는 방법은 주름구조를 형성한 내부쉘(110)을 저장용기의 내측에 배치하고, 외부쉘(120)은 저장용기의 외측에 배치하고, 내부쉘(110)이 외부쉘(120)에 지지될 수 있도록 하는 지지대(130)는 내부쉘(110)과 외부쉘(120) 사이의 공간에 설치하고, 열전달을 감소시키는 단열층부(140)는 내부쉘(110)과 외부쉘(120) 사이의 공간에 설치하되, 내부쉘(110)의 주름구조는 롤러(roller)를 이용하여 목적하는 곡면을 복수 개 만든 후 용접에 의해 연결하여 제작한다.
주름구조를 만들기 위한 롤러(roller)에는 일반 롤러 뿐만아니라 파형 롤러(corrugated roller) 등 주름구조(주름 또는 목적 곡면)를 만들 수 있는 모든 종류의 롤러를 포함하며, 롤러(roller)를 이용하여 복수개의 주름을 만든 후 이음부를 용접으로 접합하여 액화천연가스의 저장용기(100)를 제작한다.
이러한 방식으로 제작되는 저장용기를 구성하는 각 부분들의 구성 및 기능은 상술한 바와 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
10: 선역라인 10a: 밸브
20: 하역라인 20a: 밸브
100: 저장용기 110: 내부쉘
120: 외부쉘 130 : 지지대
131: 내부지지대 132: 외부지지대
1311, 1321: 상부플랜지 1312, 1322: 하부블랜지
1313, 1323: 웨브 1314, 1324: 보강재
1315: 슬라이딩 바 1316: 슬라이딩 헤드
1325: 슬라이딩 홀 1326: 연결플레이트
1327: 체결부 133: 하부지지대
140 : 단열층부 150: 주름구조
151 : 주름 152: 굴곡부
1521 : 각진 모서리 굴곡부 1522: 둥근 모서리 굴곡부
1523 : 물결모양 굴곡부 153: 굴곡각도
154 : 주름깊이 155: 주름거리
160 : 상부덮개 170: 하부덮개
180: 제1 연결부 181: 제2 연결부
185: 제1 배기라인 186: 제1 배기밸브
190: 이퀄라이징 라인 191: 개폐밸브
195: 제2 배기라인 196: 제2 배기밸브

Claims (22)

  1. 액화천연가스 저장용기의 구조에 있어서,
    상기 액화천연가스가 내측에 저장되는 내부쉘(110);
    상기 내부쉘(110)과의 사이에 공간을 형성하도록 상기 내부쉘(110)의 외측을 감싸는 외부쉘(120);
    상기 내부쉘(110)이 외부쉘(120)에 지지될 수 있도록 상기 내부쉘(110) 및 외부쉘(120) 사이의 공간에 설치되는 복수개의 지지대(130); 및
    상기 내부쉘(110) 및 외부쉘(120) 사이의 공간에 설치되어 열전달을 감소시키는 단열층부(140);를 포함하되,
    상기 지지대(130)는 상기 내부쉘(110) 측에 연결되는 내부지지대(131) 및 상기 외부쉘(120) 측에 연결되는 외부지지대(132)로 구성되며, 상기 내부지지대(131) 및 외부지지대(132) 중 어느 하나에 슬라이딩 바(1315)를 형성하고, 다른 하나에 상기 슬라이딩 바(1315)가 삽입 연결되어 슬라이딩되는 슬라이딩 홀(1325)을 형성하는 것;
    을 특징으로 하는 액화천연가스 저장용기의 구조.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬라이딩 바(1315)는 상기 내부지지대(131) 및 외부지지대(132) 중 어느 하나로부터 외측으로 돌출되도록 형성되고,
    상기 슬라이딩 홀(1325)는 상기 내부지지대(131) 및 외부지지대(132) 중 다른 하나에 형성하되, 상기 슬라이딩 바(1315)가 삽입되어 좌우방향으로 슬라이딩 될 수 있도록 하는 것;
    을 특징으로 하는 액화천연가스 저장용기의 구조.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 슬라이딩 바(1315)의 단부에는 상기 슬라이딩 홀(1325)의 폭보다 크게 형성되는 슬라이딩 헤드(1316)를 갖는 것;
    을 특징으로 하는 액화천연가스 저장용기의 구조.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 지지대(130)는 하나 이상의 내부지지대(131) 및 외부지지대(132)로 구성하되, 교대로 배치되며;
    최하측에는 최하측 외부지지대(132)가 위치하는 것;
    을 특징으로 하는 액화천연가스 저장용기의 구조.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 내부지지대(131) 및 외부지지대(132)는,
    양단부에 형성되는 상부플랜지(1311, 1321) 및 하부플랜지(1312, 1322)와,
    상기 상부 및 하부플랜지(1311, 1321, 1312, 1322)를 연결하는 웨브(1313, 1323);를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 액화천연가스 저장용기의 구조.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 최하측 외부지지대(132)의 상부플랜지(1321)에는 슬라이딩 홀(1325)이 형성되고, 상기 최하측 외부지지대(132)의 상측에 위치하는 최하측 내부지지대(131)의 하부플랜지(1312)에는 슬라이딩 바(1315)가 형성되는 것;
    을 특징으로 하는 액화천연가스 저장용기의 구조.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 내부지지대(131)는 저온에 견디는 금속으로 제작하고, 상기 외부지지대(132)는 강화 플라스틱 소재로 제작하되,
    상기 외부지지대(132)는 체결부(1327)에 의해 저온에 견디는 금속으로 제작된 연결플레이트(1326)와 체결되고, 상기 연결플레이트(1326)는 상기 외부쉘(120)과 용접되어 상기 외부지지대(132)가 상기 외부쉘(120)과 연결되는 것;
    을 특징으로 하는 액화천연가스 저장용기의 구조.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 지지대(130)는 상기 내부쉘(110) 및 외부쉘(120)의 측부 둘레를 따라 복수개 설치되는 것;
    을 특징으로 하는 액화천연가스 저장용기의 구조.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 지지대(130)는 상기 내부쉘(110)의 상하방향으로 간격을 두고서 복수개 설치되는 것;
    을 특징으로 하는 액화천연가스 저장용기의 구조.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 내부쉘(110)이 외부쉘(120)에 지지될 수 있도록 상기 내부쉘(110) 및 외부쉘(120) 사이의 하부 공간에 설치되는 하부지지대(133);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 저장용기의 구조.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 내부쉘(110)의 내부 공간과 상기 내부쉘(110) 및 외부쉘(120) 사이의 공간을 연결하는 이퀄라이징 라인(190);
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 저장용기의 구조.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 이퀄라이징 라인(190)은 상기 내부쉘(110)의 내부 공간으로부터 상기 저장용기(100)의 외부로 돌출된 후 상기 내부쉘(110) 및 외부쉘(120) 사이의 공간으로 연결되는 것;
    을 특징으로 하는 액화천연가스 저장용기의 구조.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 내부쉘(110)의 내부 공간 상부에 연결되어 외부로 연장되며, 제1 배기밸브(186)가 설치되는 제1 배기라인(185);
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 저장용기의 구조.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 내부쉘(110)의 내부 공간 상단과 하단에 각각 연결되어 외부로 돌출되며, 선역라인(10)과 하역라인(20)이 각각 연결되는 제1 및 제2 연결부(180, 181);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 저장용기의 구조.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 이퀄라이징 라인(190)은 유체의 흐름을 개폐시키기 위한 개폐밸브(191)가 설치되는 것;
    을 특징으로 하는 액화천연가스 저장용기의 구조.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 이퀄라이징 라인(190)은 제2 배기밸브(196)가 설치되는 제2 배기라인(195)이 연결되는 것;
    을 특징으로 하는 액화천연가스 저장용기의 구조.
  17. 청구항 1에 있어서,
    상기 내부쉘(110)은 주름구조(150)를 형성하고 있는 것;
    을 특징으로 하는 액화천연가스 저장용기의 구조.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 내부쉘(110)은 원통형 구조인 것;
    을 특징으로 하는 액화천연가스 저장용기의 구조.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 주름구조(150)는 하나 이상의 주름(151)으로 구성하되,
    상기 주름(151)은 하나 이상의 굴곡부(152)를 갖도록 형성되는 것;
    을 특징으로 하는 액화천연가스 저장용기의 구조.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 굴곡부(152)는 각진 모서리 굴곡부(1521), 둥근 모서리 굴곡부(1522), 및 물결 모양 굴곡부(1523) 중 어느 하나 이상을 갖도록 형성되는 것;
    을 특징으로 하는 액화천연가스 저장용기의 구조.
  21. 청구항 1 내지 청구항 20 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부쉘(110)은 상기 액화천연가스의 저온에 견디는 금속으로 이루어지고,
    상기 외부쉘(120)은 상기 내부쉘(110) 및 외부쉘(120) 사이의 공간 내부압력을 견디는 강 소재로 이루어지는 것;
    을 특징으로 하는 액화천연가스 저장용기의 구조.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 내부쉘(110)은 -120 ~ -95℃의 온도를 견디고, 상기 외부쉘(120)은 13 ~ 25bar의 압력을 견디는 것;
    을 특징으로 하는 액화천연가스 저장용기의 구조.
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