KR20130105141A - 단열 보드 및 이를 구비한 액화 천연 가스 저장 탱크 - Google Patents

단열 보드 및 이를 구비한 액화 천연 가스 저장 탱크 Download PDF

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Abstract

단열 보드가 제공된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 단열 보드는, 액화 천연 가스 저장 탱크의 내부의 1차 방벽 및 선체 내벽 사이에 설치되는 단열 보드로서, 1차 방벽에 상부면이 결합되는 상부 단열 보드; 상부 단열 보드의 하부면과 접착되어 있는 2차 방벽, 및 2차 방벽에 상부면이 접착되며 선체 내벽 상에 하부면이 고정되는 하부 단열 보드를 포함하되, 상부 단열 보드의 상부면 및 하부 단열 보드의 하부면 상에 판재 형상의 단열 FRP(Fiber Reinforced Plastic)가 위치된다.

Description

단열 보드 및 이를 구비한 액화 천연 가스 저장 탱크{INSULATION BOARD AND LNG STORAGE TNAK HAVING THE SAME}
본 발명은 단열 보드 및 이를 구비한 액화 천연 가스 저장 탱크에 관한 것이다.
액화천연가스 운반선의 액화 천연 가스 저장 탱크의 내부에는 1차 방벽과 저장 탱크 내벽 사이에 단열 보드가 설치된다.
단열 보드는 플라이우드(plywood), 하부 단열 보드, 이차 방벽, 상부 단열 보드 및 플라이우드가 적층된 형태로 이루어진다.
상기와 같은 구조로 이루어지는 단열 보드는 선체 내벽에 일정한 간격을 두고 배치되며, 플라이우드 및 상부 단열 보드와 유사한 구조로 형성되는 단열 보드가 적층된 형태의 연결 보드가 2차 방벽 상부 및 서로 이웃하는 상부 단열 보드 사이에 설치된다.
이와 같은 종래의 단열 보드는 상부 단열 보드 및 하부 단열 보드가 강화 폴리우레탄 폼으로 형성됨으로써 단열 성능을 갖게 된다. 그런데, 강화 폴리 우레탄 폼은 닫힌계 기공을 포함하기 때문에, 발포형 폼 재료의 특성상 높은 발포율로 기공률이 높아지면 단열성능은 좋아지지만 재료의 밀도에 비례하여 강도가 떨어지는 단점이 있어 적정 수준의 발포율 및 밀도 수준 내에서 제조된다.
즉 동일한 발포율을 갖는 경화 강화 우레탄 폼의 단열성능 향상을 위해서는 두께를 증가시키는 방법 이외의 개선 방안이 없는 상황이다.
따라서 액화천연가스를 현재와 동일한 수준으로 적재가 가능하면서 Boil-off rate 저감을 위해서는 단열 두께를 현재와 동일하게 유지하면서 단열 성능을 향상시킬 필요가 있다.
본 발명의 일 실시예는 단열 성능이 향상된 단열 보드를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액화 천연 가스 저장 탱크의 내부의 1차 방벽 및 선체 내벽 사이에 설치되는 단열 보드로서, 상기 1차 방벽에 상부면이 결합되는 상부 단열 보드; 상기 상부 단열 보드의 하부면과 접착되어 있는 2차 방벽, 및 상기 2차 방벽에 상부면이 접착되며 상기 선체 내벽 상에 하부면이 고정되는 하부 단열 보드를 포함하되, 상기 상부 단열 보드의 상기 상부면 및 상기 하부 단열 보드의 상기 하부면 상에 판재 형상의 단열 FRP(Fiber Reinforced Plastic)가 위치되는 것을 특징으로 하는 단열 보드가 제공된다.
상기 상부 단열 보드 및 상기 하부 단열 보드는 강화 우레탄 폼으로 형성될 수 있다.
이 때, 상기 단열 FRP는 유리 섬유, 탄소 섬유 및 아라미드 섬유 중 어느 하나를 포함하는 고분자 수지에 표면 개질된 에어로겔 분말을 혼합하여 형성될 수 있다.
상기 에어로겔 분말은 상기 단열 FRP에 5~95% 첨가될 수 있다.
상기 에어로겔 분말의 입자 크기는 1~2000um일 수 있다.
상기 상부 단열 보드의 및 상기 하부 단열 보드 상에 위치된 상기 단열 FRP의 외표면에 단열 도료가 도포될 수 있다.
상기 상부 단열 보드 상의 단열 FRP 상에 도포되는 단열 도료의 두께보다 상기 하부 단열 보드 상의 단열 FRP 상에 도포되는 단열 도료의 두께가 두꺼울 수 있다.
상기 단열 도료의 두께는 0.1~10mm 일 수 있다.
상기 단열 FRP는 상기 상부 단열 보드 및 상기 하부 단열보드에 단열 접착제에 의하여 접착될 수 있다.
상기 2차 방벽은 상기 상부 단열 보드 및 상기 하부 단열 보드에 단열 접착제에 의하여 접착될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 단열 보드를 포함하는 액화 천연 가스 저장 탱크가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 단열 보드는 향상된 단열 성능을 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단열 보드의 단면을 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단열 보드의 단면을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 단열 보드(10)는 액화 천연 가스 저장 탱크 내부의 1차 방벽(4) 및 선체 내벽(2) 사이에 설치되는 단열 보드이다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 단열 보드(10)는 상부 단열 보드(22), 1차 방벽(4) 및 하부 단열 보드(24)가 적층된 형태로 이루어진다. 이 때, 상부 단열 보드(22) 및 하부 단열 보드(24)는 강화 우레탄 폼으로 형성된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 단열 보드(10)는 상부 단열 보드(22)의 상부면 및 하부 단열 보드(24)의 하부면에 판재 형상의 단열 FRP(Fiber Reinforced Plastic) (40)가 위치된다. 이 때, 단열 FRP(40)의 두께는 단열 보드에 따라 적절히 변경될 수 있으며, 예를 들어, 9mm~12mm 정도로 이루어질 수 있다. 이 때, 단열 FRP(40)의 두께는 종래의 단열 보드에 설치되는 플라이우드와 동일하거나 거의 유사한 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 단열 보드(10)는 종래의 단열 보드와 동일하거나 거의 유사한 두께를 가지면서도 보다 우수한 단열 성능을 가질 수 있다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 단열 보드(10)는 단열 FRP(40)의 두께 분율을 조절함으로써 단열 보드(10)의 단열 성능을 용이하게 조절할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 단열 FRP(40)는 유리 섬유, 탄소 섬유 및 아라미드 섬유 중 어느 하나를 포함하는 고분자 수지에 표면 개질된 에어로겔 분말을 혼합하여 형성될 수 있다.
이 때, 에어로겔 분말은 Silica, Carbon, Alumina 에어로겔 또는 SEA gel, 칼코겔(Chalcogel) 등의 다양한 형태의 에어로겔 분말일 수 있다.
에어로겔은 전체 부피의 90% 이상이 나노 사이즈의 기포로 이루어져 매우 가볍고 단열 성능이 뛰어나며 강도가 높고 방음 및 충격 완화 성능이 뛰어난 재료이다. 특히 실리카 에어로겔의 경우 전체 부피의 98%가 나노 사이즈의 기포로 이루어져 있어 투과성이 좋으며 평균 열전도도는 기포체적에 따라 다르지만 0.004 ~ 0.03 W/(m.K)수준이며, 밀도는 0.005~0.2g/cm3 수준이다. 이 때, 에어로겔의 단열 원리는 닫힌계 기공률에 근거한다. 상대적으로 낮은 밀도를 갖고 많은 기체를 포함하는 재료가 단열성능은 더 좋고, 특히 유리섬유와 같은 재료를 포함하는 경우 단열층의 두께를 증가시켜 단열효과를 증대시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따른 단열 보드(10)는 이상과 같이 단열 성능이 뛰어난 에어로겔 분말이 혼합된 단열 FRP(40)를 포함함으로써 우수한 단열 성능을 가진다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 단열 FRP(40)에 혼합되는 에어로겔 분말은 5~95% 정도 첨가되며, 에어로겔 분말의 입자 크기는 1~2000um일 수 있다. 에어로겔 분말의 입자 크기가 1um 보다 작을 경우 너무 가벼워 고르게 분산되기 어렵고 입자 내부에 존재하는 기공도가 급격하게 저하되어 단열효과가 미비할 수 있다.
특수한 상황을 제외하고는 실리카 에어로겔의 기본 조성은 SiO2로서 소수성을 띄고 있어 고분자 수지, 도료, 접착제 등에 혼합을 위해 실리카 겔의 표면 개질이 필요할 수 있다.
이때 표면 개질은 실란계 커플링제(Coupling agent)와 같은 재료를 사용하여 무기물인 실리카와 유기물인 고분자 수지, 도료, 접착제가 잘 섞일 수 있도록 처리해 준다. 수지 종류에 따라 소수성으로 개질할 수도 있으나, 일반적으로는 유기물과의 원활한 교반을 위해 친수성으로 개질하는 것이 바람직하다.
또한 에어로겔은 제조 단가가 일반적으로 우수한 단열제품보다 고가이므로 대단위 또는 전면적용 하는데 애로 사항이 있다.
따라서 단열 보드의 총 단열 두께를 유지하면서 액화 천연 가스 저장 탱크 내에서의 기화율(BOR:Boil-off rate) 저감을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 실시예에 따른 단열 보드(10)는 상부 단열 보드(22)의 상부면과 하부 단열 보드(24)의 하부면에 각각 단열 FRP(40)가 부착되며, 단열 FRP(40)의 표면에 단열 도료(60)가 도포된다. 이 때, 수성페인트 (SAMHWA, 스타텍스700) 에 에어로겔 분말이 혼합된 단열 도료(60)가 사용될 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다
이 때, 단열 도료(60)는 상부 단열 보드(22)의 상부면과 하부 단열 보드(24)의 하부면에 위치한 단열 FRP(40) 표면에 시공되며 0.1~10mm 두께로 도포될 수 있다.
이 때, 상부 단열 보드(22)의 상부면은 액화천연가스 탱크 1차 방벽(4)에 맞닿는 부분이므로, 유격이 적은 점을 고려하여 하부 단열 보드(24) 하부면의 도막이 상부 단열 보드(22) 상부면의 도막과 비교할 때 두껍게 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 단열 보드(10)는, 단열 FRP(40)를 상부 단열 보드(22) 및 하부 단열 보드(24)에 접착하고, 2차 방벽(50)을 상부 단열 보드(22) 및 하부 단열 보드(24) 사이에 접착하기 위하여 단열 성능을 갖는 접착제(30)가 사용된다. 이 때, UK8202 (HENKEL) 에 에어로겔 분말이 혼합된 단열 접착제(30)가 사용될 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다한편, 단열 FRP(40)가 접착되며, 단열 도료(60)가 단열 FRP 상에 도포된 하부 단열 보드(24)는 에폭시 매스틱(6)과 같은 공지의 접착제에 의하여 선체 내벽에 고정될 수 있다.
이와 같이 단열 보드(10)를 구성할 경우 단열 두께는 종래의 단열 보드와 동일하게 이루어지면서도 보다 우수한 단열 성능을 가질 수 있게 됨으로써 액화 천연 가스 저장 탱크 내부에 적재된 액화 천연가스의 기화율(boil-off rate)의 저감이 가능하다.
단열 FRP(40)의 평균 열전도도를 강화우레탄 폼과 동일한 수준으로 제조하여 종래의 단열 보드의 플라이우드를 대체 구성하였을 경우 기화율(Boil-off rate)을 계산한 결과는 표 1과 같다.
1) FRP의 조성 : 에폭시 수지 및 유리강화섬유를 사용.
에어로겔/수지 비율 : 40%
2) FRP 두께 : 단열보드 상부 12mm, 단열보드 하부 9mm
3) 단열 도료 : 사용하지 않음 (사용 시 도포두께 0.1~10mm )
4) 단열접착제 : 사용하지 않음 ( 사용 시 도포두께 0.1~3mm)
<표 1>
Figure pat00001

표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 단열 보드(10)는 종래의 단열 보드와 비교할 때 단열 두께 변경 없이 약 9.4%(즉, 1-0.097/0.107=0.094)의 기화율(Boil-off rate) 저감이 가능하다.
또 상기에서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 단열 보드의 구성에서 강화 우레탄 폼의 두께 대비 단열 FRP 또는 단열 도료, 단열 접착제의 두께 비율을 증가시킴으로써 쉽게 목표 기화율(Boil-off rate) 설계치를 달성하는 것이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 단열 보드(10)는 단열 효과 향상을 위해 초 단열 재료인 에어로겔 분말이 5~95% 첨가된 단열 FRP(40), 단열 도료(60) 및 단열 접착제(30)를 포함하도록 구성되었으나, 단열 보드(10)의 총 제조 단가를 고려하여, 고가의 에어로겔 분율 감소를 위해 상기 단열 재료 3종 중 1종~2종의 조합으로 단열 보드를 구성하는 것도 가능할 것이다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
2 선체 내벽 4 1차 방벽
6 에폭시 매스틱 10 단열 보드
22 상부 단열 보드 24 하부 단열 보드
30 단열 접착층 40 단열 FRP
50 2차 방벽 60 단열 도료

Claims (11)

  1. 액화 천연 가스 저장 탱크의 내부의 1차 방벽 및 선체 내벽 사이에 설치되는 단열 보드로서,
    상기 1차 방벽에 상부면이 결합되는 상부 단열 보드;
    상기 상부 단열 보드의 하부면과 접착되어 있는 2차 방벽, 및
    상기 2차 방벽에 상부면이 접착되며 상기 선체 내벽 상에 하부면이 고정되는 하부 단열 보드,
    를 포함하되,
    상기 상부 단열 보드의 상기 상부면 및 상기 하부 단열 보드의 상기 하부면 상에 판재 형상의 단열 FRP(Fiber Reinforced Plastic)가 위치되는 단열 보드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 단열 보드 및 상기 하부 단열 보드는 강화 우레탄 폼으로 형성되는 단열 보드.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 단열 FRP는 유리 섬유, 탄소 섬유 및 아라미드 섬유 중 어느 하나를 포함하는 고분자 수지에 표면 개질된 에어로겔 분말을 혼합하여 형성되는 단열 보드.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 단열 FRP는 에어로겔 분말이 5~95% 첨가된 단열 보드.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 에어로겔 분말의 입자 크기는 1~2000um인 단열 보드..
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 상부 단열 보드의 및 상기 하부 단열 보드 상에 위치된 상기 단열 FRP의 외표면에 단열 도료가 도포된 단열 보드.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 상부 단열 보드 상의 단열 FRP 상에 도포되는 단열 도료의 두께보다 상기 하부 단열 보드 상의 단열 FRP 상에 도포되는 단열 도료의 두께가 두꺼운 단열 보드.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 단열 도료의 두께는 0.1~10mm 인 단열 보드.
  9. 제 3항에 있어서,
    상기 단열 FRP는 상기 상부 단열 보드 및 상기 하부 단열보드에 단열 접착제에 의하여 접착되는 단열 보드.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 2차 방벽은 상기 상부 단열 보드 및 상기 하부 단열 보드에 단열 접착제에 의하여 접착되는 단열 보드.
  11. 제 1 항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 따른 단열 보드를 포함하는 액화 천연 가스 저장 탱크.
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