KR20130125548A

KR20130125548A - 초저온 액체 저장 시스템 및 이것을 이용한 액화천연가스 운반선의 화물창

Info

Publication number: KR20130125548A
Application number: KR1020120049160A
Authority: KR
Inventors: 이대길; 유영호; 최일범; 이동영; 윤순호; 김진규; 임준우; 김기현; 김민국
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2012-05-09
Filing date: 2012-05-09
Publication date: 2013-11-19
Also published as: KR101415899B1

Abstract

본 발명은 액화천연가스(LNG) 등의 초저온 액체를 보관 및 운반하기 위한 초저온 액체 저장 시스템 및 이것을 이용한 LNG 운반선의 화물창을 개시한다. 본 발명의 저장 시스템은 초저온 액체가 그 표면에 접촉되는 것으로 열변형으로 인한 수축 및 팽창을 흡수하기 위하여 주름들이 오목하게 형성되어 있는 멤브레인들을 구비하는 제1 방벽과, 제1 방벽에 작용하는 하중을 흡수하도록 제1 방벽의 이면에 설치되어 있는 충격흡수층과, 충격흡수층의 이면에 단열을 위하여 설치되어 있는 제1 단열층을 포함한다. 본 발명의 LNG 운반선의 화물창은, 충격흡수층의 이면에 단열을 위하여 배열되어 있는 진공단열패널들과, 진공단위단열패널의 이면에 설치되어 있는 제2 방벽과, 제2 방벽의 이면에 단열을 위하여 설치되어 있는 제2 단열층을 포함한다. 본 발명에 의하면, 제1 방벽을 구성하는 멤브레인의 주름이 오목하게 형성되어 LNG의 출렁임에 의한 공동현상의 발생을 감소시켜 파손을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 제1 방벽과 제1 단열층 사이에 충격흡수층이 설치되어 제1 방벽으로부터 제1 단열층으로 전달되는 충격하중이 최소화되므로, 제1 및 제2 단열층 등의 파손을 방지하여 초저온에서의 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 제1 단열층 또는 제2 단열층이 진공단열패널로 구성되어 단열성능을 향상시킬 수 있고, 경량이면서도 기계적 물성이 향상되어 품질을 보장할 수 있다.

Description

초저온 액체 저장 시스템 및 이것을 이용한 액화천연가스 운반선의 화물창{CRYOGENIC LIQUID CONTAINMENT SYSTEM AND CARGO CONTAINMENT SYSTEM FOR LIQUEFIED NATURAL GAS CARRIER USING THE SAME}

본 발명은 초저온 액체 저장 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액화천연가스 등의 초저온 액체를 보관 및 운반하기 위한 초저온 액체 저장 시스템 및 이것을 이용한 액화천연가스 운반선의 화물창에 관한 것이다.

액화천연가스(Liquefied Natural Gas, LNG), 액체아르곤(Liquid argon), 액체질소(Liquid nitrogen), 액체산소(Liquid oxygen) 등의 초저온 액체는 증발에 의한 손실을 최소화하기 위하여 단열 구조의 저장 시스템에 보관되거나 운반된다.

초저온 액체 저장 시스템의 일례로 LNG 운반선(LNG carrier)의 화물창(Cargo containment system)이 있다. LNG 운반선의 화물창은 -165℃의 초저온 LNG를 저장 및 운반하기 위하여 구형 탱크(Spherical Type Tank)보다 용량이 크고 제작이 간편한 멤브레인형 탱크(Membrane type tank)가 선호되고 있다. 멤브레인형 LNG 운반선의 보냉 시스템은 프랑스의 가즈트랜스포트 이트 테크니가즈(Gaz Transport Et Technigaz, GTT, France)사에 의하여 개발된 가즈트랜스포트 시스템(Gaz Transport System)과 테크니가즈 시스템(Technigaz System)이 사용되고 있다. 가즈트랜스포트 시스템은 GTT No96으로 부르고도 있으며, 테크니가즈 시스템은 GTT 마크-Ⅲ(GTT Mark-Ⅲ) 시스템으로 부르고도 있다.

가즈트랜스포트 시스템의 제1 방벽과 제2 방벽의 소재는 열팽창이 매우 낮은 인바강(Invar, 36% 니켈강)이 사용되고 있다. 제1 및 제2 방벽 사이에는 펄라이트(Pearlite)가 채워진 단열 박스가 사용되고 있다. 테크니가즈 시스템의 제1 방벽은 열변형으로 인한 수축 및 팽창을 흡수하기 위하여 격자 형태의 주름(Corrugation)이 성형되어 있는 스테인리스스틸시트(Stainless steel sheet)가 사용되고 있으며, 제2 방벽은 알루미늄포일(Aluminium foil)의 양면에 유리섬유 복합재료(Glass fiber composite)가 접합된 형태의 트리플렉스(Triplex)가 사용되고 있다. 그리고 단열재 역할을 하는 폴리우레탄폼(Polyurethane foam)이 제1 및 제2 방벽 사이에 장착되어 있다. 가즈트랜스포트 시스템과 테크니가즈 시스템의 가스 기화율(Boil-off rate, BOR)은 비슷한 것으로 알려져 있으나, 인바 멤브레인에 비해 스테인리스스틸시트 및 트리플렉스의 가격이 싸고 시공이 간편하며 폴리우레탄폼의 단열효과가 뛰어나기 때문에 테크니가즈 시스템이 선호되고 있다.

미국 특허 제7,540,395호 "밀봉 벽 구조물 및 이 구조물을 구비한 탱크(Sealed wall structure and tank furnished with such a structure)에는 테크니가즈 시스템의 구조 및 시공방법이 개시되어 있다. 이 특허 문헌의 기술은 격자 형태의 주름이 성형되어 있는 스테인리스스틸시트의 파형 멤브레인(Corrugated membrane)에 의하여 제1 방벽을 시공하고 있다. 멤브레인의 경계는 용접에 의하여 접합하고 있다. LNG의 저장 온도인 -165℃에서 열수축(Thermal shrinkage)에 의하여 발생되는 열응력(Thermal stress)이 멤브레인의 용접선에서 발생하게 된다. 테크니가즈 시스템은 LNG 운반선의 출렁임(Sloshing)이나 공동현상(Cavitation)에 의하여 좌굴(Buckling)이 발생될 수 있다. 멤브레인의 볼록한 주름 구조(Convex corrugation structure)는 기화점에 가까운 LNG의 유동에서 압력변화를 가져와 공동현상을 발생시키기 쉽기 때문에 파손에 취약한 문제가 있다.

한편, 초저온 액체 저장 시스템에서 고분자폼의 밀도는 단열성능에 중요한 요소이며, 밀도 30~40㎏/㎥에서 최적의 단열성능을 나타내는 것으로 알려져 있다. 한국형 LNG 운반선의 화물창(Korea's first LNG cargo containment system, KC-1)은 테크니가즈 시스템으로 100㎏/㎥ 이상 고밀도의 폴리우레탄폼을 단열재로 사용하고 있다. 폴리우레탄폼은 LNG의 무게, 압력, 열응력 등을 견디는 구조재로서 복합적인 기능을 수행하여야 하므로, 유리섬유 복합재료에 의하여 보강하고 있다. 유리섬유 복합재료는 에폭시(Epoxy) 등의 접착제에 의하여 접합되어 시공되므로, 시공의 신뢰성이 높지 않다. 또한, 접착제의 가용시간(Pot life) 안에 접착이 완료되어야 하므로, 시공성이 낮고, 열응력과 충격하중에 의하여 피로파괴를 일으켜 LNG의 누설이 발생되는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 여러 가지 문제점들을 해결하기 위한 것이다. 본 발명의 목적은, LNG의 출렁임에 의한 공동현상의 발생을 감소시켜 파손을 방지할 수 있는 새로운 초저온 액체 저장 시스템 및 이것을 이용한 LNG 운반선의 화물창을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 제1 방벽과 제1 단열층 사이에 충격흡수층이 설치되어 있는 초저온 액체 저장 시스템 및 이것을 이용한 LNG 운반선의 화물창을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 따른 목적은, 제1 단열층 또는 제2 단열층이 진공단열패널로 구성되어 단열성능을 향상시킬 수 있는 초저온 액체 저장 시스템 및 이것을 이용한 LNG 운반선의 화물창을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 초저온 액체 저장 시스템이 제공된다. 본 발명에 따른 초저온 액체 저장 시스템은, 초저온 액체가 그 표면에 접촉되는 것으로 열변형으로 인한 수축 및 팽창을 흡수하기 위하여 복수의 주름들이 오목하게 형성되어 있는 복수의 멤브레인들을 구비하는 제1 방벽과; 제1 방벽에 작용하는 하중을 흡수하도록 제1 방벽의 이면에 설치되어 있는 충격흡수층과; 충격흡수층의 이면에 단열을 위하여 설치되어 있는 제1 단열층을 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 LNG 운반선의 화물창은, LNG가 그 표면에 접촉되는 것으로 열변형으로 인한 수축 및 팽창을 흡수하기 위하여 복수의 주름들이 오목하게 형성되어 있는 복수의 멤브레인들을 구비하는 제1 방벽과; 제1 방벽에 작용하는 하중을 흡수하도록 제1 방벽의 이면에 설치되어 있는 충격흡수층과; 충격흡수층의 이면에 단열을 위하여 배열되어 있는 복수의 진공단열패널들을 구비하는 제1 단열층과; 제1 단열층의 이면에 설치되어 있는 제2 방벽과; 제2 방벽의 이면에 단열을 위하여 설치되어 있는 제2 단열층을 포함한다.

본 발명에 따른 초저온 액체 저장 시스템 및 이것을 이용한 LNG 운반선의 화물창은, 제1 방벽을 구성하는 멤브레인의 주름이 오목하게 형성되어 LNG의 출렁임에 의한 공동현상의 발생을 감소시켜 파손을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 제1 방벽과 제1 단열층 사이에 충격흡수층이 설치되어 제1 방벽으로부터 제1 단열층으로 전달되는 충격하중이 최소화되므로, 제1 및 제2 단열층 등의 파손을 방지하여 초저온에서의 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 제1 단열층 또는 제2 단열층이 진공단열패널로 구성되어 단열성능을 향상시킬 수 있고, 경량이면서도 기계적 물성이 향상되어 품질을 보장할 수 있는 매우 우수한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 초저온 액체 저장 시스템이 LNG 운반선의 화물창에 적용되어 있는 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1에서 제1 방벽, 충격흡수층과 제1 단열층의 구성을 부분적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 1에서 제1 방벽이 충격흡수층으로부터 분리되어 있는 구성을 부분적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 초저온 액체 저장 시스템에서 진공단열패널의 구성을 부분적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 초저온 액체 저장 시스템에서 제1 방벽, 충격흡수층과 제1 단열층의 다른 실시예의 구성을 부분적으로 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 초저온 액체 저장 시스템에서 제1 방벽, 충격흡수층과 제1 단열층의 또 다른 실시예의 구성을 부분적으로 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 초저온 액체 저장 시스템에서 충격흡수층의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 초저온 액체 저장 시스템에서 충격흡수층의 또 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 초저온 액체 저장 시스템에서 진공단열패널의 다른 실시예의 구성을 부분적으로 나타낸 단면도이다.
도 10은 도 9의 Ⅹ-Ⅹ 단면도이다.
도 11은 도 10의 ⅩⅠ-ⅩⅠ선 단면도이다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들과 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

이하, 본 발명에 따른 초저온 액체 저장 시스템 및 이것을 이용한 LNG 운반선의 화물창에 대한 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.

먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 초저온 액체 저장 시스템은 초저온 액체, 예를 들면 LNG를 저장하여 운반하는 LNG 운반선의 화물창에 적용된다. 본 발명에 따른 초저온 액체 저장 시스템은 LNG 운반선을 구성하는 내벽(2)의 내측에 설치되며 LNG의 저장을 위하여 LNG와 접촉되어 액밀(Liquid Tightness)을 지지하는 제1 방벽(10)을 구비한다. 제1 방벽(10)은 내벽(2)의 내측에 장착되어 있는 복수의 멤브레인(12)들로 구성되어 있다. 멤브레인(12)들은 열변형으로 인한 수축 및 팽창을 흡수하기 위하여 형성되어 있는 복수의 주름(14)들을 갖는다. 주름(14)들은 LNG쪽에서 볼 때 오목하게 형성되어 있다. 즉, 멤브레인(12)들의 주름(14)들은 내벽(2)을 향하여 볼록하게 형성되어 있다. 멤브레인(12)들은 스테인리스스틸로 구성될 수 있다. 멤브레인(12)들의 경계면은 용접에 의하여 접합되어 있다.

본 발명에 따른 초저온 액체 저장 시스템은 제1 방벽(10)의 이면에 충격을 흡수할 수 있도록 설치되어 있는 충격흡수층(20)을 구비한다. 충격흡수층(20)은 제1 방벽(10)의 강성보다 낮은 강성을 보유하는 다양한 소재, 예를 들어 섬유강화 복합재료 시트(22) 또는 매트(Mat), 고분자수지, 고무 등으로 구성될 수 있다. 섬유강화 복합재료 시트(22)는 탄소섬유, 유리섬유, 케블라섬유(Kevlar fiber, 미국 뒤퐁사의 상품명) 등의 보강섬유를 페놀수지(Phenolic resin), 에폭시수지(Epoxy resin), 폴리에스테르수지(Polyester resin) 등 열경화성수지의 매트릭스(Matrix)에 함침한 후 경화시켜 층(Laminate), 시트, 매트, 직물(Fabric) 등 다양한 형태와 구조로 제조할 수 있다. 바람직하기로, 섬유강화 복합재료 시트(22)는 유리섬유가 에폭시수지에 의하여 결합되어 있는 유리섬유 직물 복합재료가 사용될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 충격흡수층(20)은 제1 방벽(10)다 강성이 낮은 소재, 예를 들어 고분자수지, 고무로 구성될 수 있다. 섬유강화 복합재료 시트(22)는 에폭시수지 등의 접착제나 핫프레싱(Hot pressing)의하여 멤브레인(12)들의 이면에 접합될 수 있다.

제1 단열층(30)이 충격흡수층(20)의 이면에 설치되어 있다. 제1 단열층(30)은 충격흡수층(20)의 이면에 배열되어 있는 복수의 제1 단위단열블록(32)들로 구성되어 있다. 제1 단위단열블록(32)들은 우수한 단열성을 보유하는 단열재, 예를 들어 폴리우레탄폼, 마이크로셀룰로이드폼(Micro-celluloid Foam), 나노셀룰로이드폼(Nano-celluloid Foam), 샌드위치폼(Sandwich Foam) 등으로 구성될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 충격흡수층(20)과 제1 단열층(30) 사이에 강성의 보강을 위하여 패널(Panel)로 복수의 플라이우드(Fly wood)들이 설치될 수 있다.

제1 단열충전물(34)이 제1 단위단열블록(32)들 사이에 충전되어 있다. 제1 단열충전물(34)은 유연한 단열폼, 글래스울(Glass wool), 퍼티(Putty) 등 제1 단위단열블록(34)들의 단열성능을 높일 수 있는 다양한 소재로 구성될 수 있다. 멤브레인(12)들의 주름(14)들은 제1 단위단열블록(32)들 사이에 삽입되어 있다.

도 4를 참조하면, 제1 단위단열블록(32)들은 충격흡수층(20)의 이면에 설치되어 있는 진공단열패널(Vacuum insulation panel: 40)로 구성되어 있다. 진공단열패널(40)은 저온에서 그 내부가 진공으로 조성되는 것으로 케이싱(Casing: 42)과, 케이싱(42)의 내측에 설치되고 우수한 단열성을 보유하는 단열폼(Insulation foam: 44)과, 케이싱(42)의 기밀을 유지하기 위하여 제공되어 있는 밀봉층(Sealing layer: 46)로 구성되어 있다.

진공단열패널(40)의 케이싱(42)은 섬유강화 복합재료, 플라스틱, 목재 등을 소재로 구성될 수 있다. 섬유강화 복합재료는 진공백성형(Vacuum bag molding)이나 오토클레이브성형(Autoclave molding)에 의하여 압밀·경화시켜 밀폐 구조의 박스 형태로 제조될 수 있다.

단열폼(44)은 케이싱(42) 안에 수용되어 있다. 단열폼(44)은 폴리우레탄폼, 마이크로셀룰로이드폼, 나노셀룰로이드폼 등으로 구성될 수 있다. 가스, 예를 들면 이산화탄소, 펜탄(Pentane), 이소펜탄(Isopentane) 등이 저온에서 액체 또는 기체로 상변화(Phase change/Phase transition)를 일으키면서 부피가 감소되어 진공을 조성하도록 단열폼(44)에 충전되어 있다. 단열폼(44)이 오픈셀(Open cell)로 구성되는 경우, 가스는 단열폼(44)에 주입하여 충전할 수 있다. 단열폼(44)이 크로즈셀(Close cell)로 구성되는 경우, 가스는 단열폼(44)의 성형을 위한 발포 시 주입하여 충전할 수 있다.

밀봉층(46)은 가스투과성이 낮은 소재, 예를 들면 알루미늄포일(Aluminium foil) 등의 금속박막(46a), 폴리머필름(Polymer film) 등으로 구성될 수 있다. 밀봉층(46)은 단열폼(44)의 외면을 감싸도록 에폭시수지 등의 접착제층(48a)에 의하여 단열폼(44)의 외면에 접합되어 있다. 본 실시예에 있어서, 밀봉층(46)은 접착제에 의하여 케이싱(42)의 내면 또는 외면에 접합될 수 있다. 또한, 케이싱(42)이 섬유강화 복합재료로 구성되는 경우, 밀봉층(46)은 섬유강화 복합재료의 내측에 삽입될 수 있다. 밀봉층(46)은 폴리머수지에 나노클레이(Nano clay)와 같은 분말을 혼합하여 케이싱(42)의 외면, 내면이나 단열폼(44)의 표면에 도포하여 경화시킨 폴리머 층으로 구성될 수 있다.

밀봉층(46)에 의하여 감싸여진 단열폼(44)은 접착제층(48b), 예를 들면 에폭시수지에 의하여 케이싱(42)의 내면에 접합되어 고정된다. 이때, 밀봉층(46)이 케이싱(42)의 외면에 접합되어 있거나 케이싱(42)의 벽 안에 삽입되어 있는 경우, 밀봉층(46)은 케이싱(42)의 내면에 직접적으로 접합된다. 극저온에서 균열에 의한 파괴를 방지하기 위하여 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드 등 다양한 보강섬유들이 접착제층(48a, 48b)에 제공될 수 있다. 케이싱(42)과 단열폼(44)의 접착은 그 6면 중 일부분에만 실시하여 단열폼(44)의 변형률이 6면 전체가 접착된 것보다 높게 하여 온도구배에 따른 열응력을 감소시킬 수 있다.

도 1을 다시 참조하면, 제2 방벽(50)이 제1 단열층(40)의 이면에 장착되어 있다. 제2 방벽(50)은 복수의 트리플렉스 멤브레인(Triplex membrane: 52)들로 구성되거나 스테인리스스틸, 알루미늄, 황동, 아연 등을 소재로 제작되어있는 금속 시트로 구성될 수 있다. 트리플렉스 멤브레인(52)들은 알루미늄포일(Aluminium foil)의 양면에 유리섬유 복합재료가 접합되어 구성된다. 트리플렉스 멤브레인(52)들 사이는 복수의 트리플렉스 조인트(Triplex joint)들에 의하여 연결될 수 있다. 한편, 제2 방벽(50)이 스테인리스스틸 등의 멤브레인으로 구성되어 있는 경우, 멤브레인들의 경계는 금속 조인트(Metal joint) 또는 유리섬유 복합재료 시트로 접합될 수 있다.

제2 단열층(60)이 제2 방벽(50)의 이면에 설치되어 있다. 제2 단열층(60)은 복수의 제2 단위단열블록(62)들로 구성되어 있다. 제2 단위단열블록(62)들은 제1 단위단열블록(42)들 각각의 계면과 제2 단위단열블록(62)들 각각의 계면은 LNG의 누출 방지를 위하여 서로 어긋나도록 배열되어 있다. 제2 단위단열블록(62)들은 폴리우레탄폼, 샌드위치폼, 마이크로셀룰로이드폼, 나노셀룰로이드폼 등으로 구성될 수 있다.

또한, 제2 단위단열블록(62)들은 제1 단위단열블록(34)들과 마찬가지로 진공단열패널로 구성될 수 있다. 제2 단열충전물(64)이 제2 단위단열블록(62)들 사이에 충전되어 있다. 제2 단열충전물(64)은 유연한 재질의 단열폼, 글래스울, 퍼티 등 제2 단위단열블록(62)들의 단열성능을 높일 수 있는 다양한 소재로 구성될 수 있다. 도 1에 제2 방벽(50)은 제2 단위단열블록(62)들 사이의 계면을 덮도록 제1 단열층(40)의 이면에 장착되어 있는 것이 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것으로 제2 방벽(50)은 제1 패널(20)과 제2 단열층(60) 사이에 제2 단열층(60)의 표면 전체를 덮을 수 있도록 장착될 수 있다.

제2 단열층(60)은 매스틱(Mastic: 70), 수지로프(Resin rope) 등에 의하여 LNG 운반선의 내벽(2)의 내면에 고정되어 있다. 매스틱(70)은 에폭시수지로 구성될 수 있다. 강성의 보강을 위하여 패널로 플라이우드, 샌드위치패널이 제2 단열층(60)의 이면에 설치될 수 있다. 이 경우, 패널이 매스틱에 의하여 내벽(2)에 고정될 수 있다. 제1 방벽(10)의 표면에 복수의 가이드(Guide: 80)들이 설치되어 있다. 가이드(80)들은 레일(Rail)로 구성되거나 스터드(Stud)로 구성될 수 있다. 자동용접기가 가이드(80)들에 설치되어 가이드(80)들을 따라 이동되면서 멤브레인(12)의 용접을 실시한다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 초저온 액체 저장 시스템에 있어서 멤브레인(12)들의 주름(14)은 내벽(2)을 향하여 볼록하게 형성, 즉 LNG에 대하여 오목하게 형성되어 있기 때문에 LNG의 출렁임에 의한 공동현상의 발생을 감소시키게 된다. 또한, 주름(14)은 공동현상에 의한 충격력을 효과적으로 분산시키게 된다.

한편, LNG 운반선의 운행 중에 LNG의 출렁임에 의하여 제1 방벽(10)이 하중을 받게 된다. 출렁임 압력은 0.001초 정도의 짧은 시간에 제1 방벽(10)의 표면에 작용되고, 제1 단열층(30), 제2 방벽(40), 제2 단열층(50)에 전달된다. 제1 방벽(10)과 제1 단열층(30) 사이에 설치되어 있는 충격흡수층(20)은 제1 방벽(10)에 작용되는 충격하중을 흡수하여 완화시킨다. 또한, 충격흡수층(20)은 제1 방벽(10)과 제1 단열층(30) 사이의 내압을 향상시킨다. 따라서 제1 방벽(10)으로부터 제1 단열층(30)으로 전달되는 충격하중이 최소화되므로, 제1 및 제2 단열층(30, 60)의 파손을 방지할 수 있다.

도 4를 참조하면, 진공단열패널(40)의 단열폼(44)에 이산화탄소가 충전되어 있는 경우, 케이싱(42)의 주위 온도가 이산화탄소의 액화점 -57℃ 또는 고화점 -78℃ 이하로 되면, 이산화탄소의 부피가 상변화를 통하여 급격하게 감소되면서 케이싱(42) 안이 진공으로 조성된다.

한편, 펜탄의 액화점은 36℃ 이고, 고화점은 -130℃이다. 이소펜탄의 액화점은 28℃이고, 고화점은 -160℃이다. 케이싱(42)의 주위 온도가 펜탄 또는 이소펜탄의 액화점 또는 고화점 이하로 되면, 펜탄 또는 이소펜탄은 이산화탄소와 마찬가지로 상변화에 의하여 부피가 감소되면서 케이싱(42) 안을 진공으로 조성하게 된다.

이와 같이 케이싱(42) 안이 진공으로 조성되면 공기에 의한 전도(Conductance)가 방지되어 단열성능이 향상된다. 따라서 본 발명에 따른 초저온 액체 저장 시스템은 LNG를 저장 및 운반하는 LNG 운반선의 화물창의 시공에 매우 유용하게 채택될 수 있다.

도 5를 참조하면, 제1 단위단열블록(32)의 표면에 그루브(Groove: 36)가 형성되어 있다. 멤브레인(12)의 주름(14)은 그루브(36)에 끼워져 있다. 도 5에 그루브(36)는 그루브(36)는 하나가 도시되어 있으나, 그루브(36)는 복수의 주름(14)들이 끼워지도록 격자 형태로 형성된다. 멤브레인(12)과 제1 단위단열블록(32) 사이의 충격흡수층(20)으로 섬유강화 복합재료 시트(22)는 그루브(36)에 끼워지도록 형성되는 오목한 주름(24)을 구비한다. 이와 같이 멤브레인(12)의 오목한 주름(14)이 제1 단위단열블록(32)의 그루브(36)에 끼워지는 것에 의하여 단위단열블록(32)의 표면에 멤브레인(12)을 정확하게 설치할 수 있다.

도 6을 참조하면, 멤브레인(12)과 제1 단위단열블록(32) 사이에 충격흡수층(20)으로 섬유강화 복합재료 시트(22)가 구비되어 있다. 섬유강화 복합재료 시트(22)의 내측에 서포트 패널(Support panel: 90)이 더 설치되어 있다. 복수의 채널(Channel: 92)들이 서포트 패널(90)에 형성되어 있다. 멤브레인(12)들의 오목한 주름(14)들은 채널(92)들에 수용되어 있다. 서포트 패널(90)은 스테인레스스틸과 같은 금속으로 구성될 수 있다. 섬유강화 복합재료 시트(22)와 서포트 패널(90)은 진공백성형이나 오토클레이브성형에 의하여 일체형으로 구성할 수 있다. 이와 같은 서포트 패널(90)은 멤브레인(12)들을 지지하여 강성을 보강하고, 멤브레인(12)들과 제1 단위단열블록(32)들 사이의 간격을 유지하는 스페이서(Space)의 기능을 보유한다.

도 7을 참조하면, 충격흡수층(20)은 멤브레인(12)들과 제1 단위단열블록(32)들 사이에 배치되어 있고 중공을 갖는 복수의 튜브(Tube: 26)들로 구성되어 있다. 튜브(26)들은 멤브레인(10)들의 이면과 제1 단위단열블록(30)들의 표면에 지지되어 있다. 튜브(26)들은 주름관으로 구성될 수 있다. 튜브(26)들은 제1 방벽(10)에 작용되는 충격하중을 탄성변형에 의하여 흡수한다.

도 8을 참조하면, 충격흡수층(20)은 멤브레인(12)들과 제1 단위단열블록(32)들 사이에 배치되어 있어 있는 복수의 스프링(28)들로 구성되어 있다. 스프링(28)들의 일단은 멤브레인(12)들의 이면에 지지되어 있으며 타단은 제1 단위단열블록(32)들의 표면에 지지되어 있다. 스프링(28)들은 제1 방벽(10)에 작용되는 충격하중을 탄성변형에 의하여 흡수한다. 도 4에 스프링(28)들은 코일스프링(Coiled Spring)으로 구성되어 있는 것이 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것으로 스프링(28)들은 볼류트 스프링(Volute Spring), 접시스프링(Disc Spring), 겹판스프링(Leaf Spring) 등으로 다양하게 구성될 수 있다.

도 9 내지 도 11에 본 발명에 따른 초저온 액체 저장 시스템에서 진공단열패널의 다른 실시예가 도시되어 있다. 도 9 내지 도 11을 참조하면, 진공단열패널(140)은 케이싱(142), 단열폼(144), 밀봉층(146)으로 구성되어 있다. 케이싱(142)은 섬유감화 복합재료 시트(142a)를 소재로 제작되어 있는 컨테이너(Container: 142b)와 커버(Cover: 142b)를 구비하는 밀폐형 박스 형태로 구성되어 있다.

저온에서 상변화에 의하여 진공을 조성하기 위한 가스가 단열폼(144)에 충전되어 있다. 밀봉층(146)으로 알루미늄포일 등의 금속박막(146a)이 접착제층(148a)에 의하여 섬유강화복합재료 시트(142a)의 내면에 접합되어 있다. 단열폼(144)은 접착제층(148b)에 의하여 금속박막(146)에 접합되어 고정된다.

섬유강화 복합재료 시트(142a)는 그 자체로 기체 투과성(Gas permeability)을 가지기 때문에 섬유강화 복합재료만을 이용하여 케이싱(142)을 구성하면 내부의 진공 상태를 반영구적으로 유지시키기 어렵다. 금속박막(146a)은 기체의 투과를 방지하여 케이싱(142)의 내부를 진공으로 조성할 수 있게 한다. 또한, 금속박막(146a)은 복사열의 전달을 차단하여 단열성능을 향상시키게 된다.

진공단열패널(140)의 강성을 보강하기 위하여 케이싱(142)의 내측에 보강 구조물(150)이 설치되어 있다. 보강 구조물(150)은 허니콤 구조물(Honeycomb structure: 152), 트러스 구조물(Truss structure), 웹 구조물(Web structure)나 이들이 병용되어 있는 구조물 등으로 구성될 수 있다. 단열폼(144)은 허니콤 구조물(152) 사이의 공간에 충전되도록 구성되어 있다. 이와 같은 보강 구조물(150)은 압축하중에 대한 기계적 물성을 보강하여 케이싱(142)의 굽힘, 좌굴 등과 같은 변형을 방지하게 된다.

이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

10: 제1 방벽 12: 멤브레인
14: 주름 20: 충격흡수층
22: 섬유강화 복합재료 시트 24: 주름
26: 튜브 28 스프링
30: 제1 단열층 32: 제1 단위단열블록
40, 140: 진공단열패널 42, 142: 케이싱
44, 144: 단열폼 46, 146: 밀봉층
50: 제2 방벽 60: 제2 단열층
62: 제2 단위단열블록 70: 매스틱
80: 가이드 150: 보강 구조물

Claims

초저온 액체가 그 표면에 접촉되는 것으로 열변형으로 인한 수축 및 팽창을 흡수하기 위하여 복수의 주름들이 오목하게 형성되어 있는 복수의 멤브레인들을 구비하는 제1 방벽과;
상기 제1 방벽에 작용하는 하중을 흡수하도록 상기 제1 방벽의 이면에 설치되어 있는 충격흡수층과;
상기 충격흡수층의 이면에 단열을 위하여 설치되어 있는 제1 단열층을 포함하는 초저온 액체 저장 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 단열층은 상기 충격흡수층의 이면에 배열되어 있는 복수의 제1 단위단열블록들을 구비하고, 상기 복수의 주름들은 상기 복수의 제1 단위단열블록들 사이에 삽입되어 있는 초저온 액체 저장 시스템.
제2항에 있어서,
상기 충격흡수층은 섬유강화 복합재료 시트로 이루어지고, 상기 섬유강화 복합재료 시트의 표면에 상기 복수의 주름들을 수용하도록 복수의 그루브들이 형성되어 있는 초저온 액체 저장 시스템.
제1항에 있어서,
상기 충격흡수층에 상기 복수의 멤브레인들을 지지하도록 서포트 패널이 더 설치되어 있고, 상기 서포트 패널은 상기 복수의 주름들을 수용하도록 형성되어 있는 복수의 채널들을 구비하는 초저온 액체 저장 시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 단열층은 상기 충격흡수층의 이면에 배열되어 있는 진공단열패널로 이루어지고, 상기 진공단열패널은,
케이싱과;
상기 케이싱 안에 설치되어 있고, 저온에서 상변화에서 상기 케이싱 안을 진공으로 조성하기 위한 가스가 충전되어 있는 단열폼과;
상기 가스의 누출을 방지하도록 상기 케이싱과 상기 단열폼 중 어느 하나에 제공되어 있는 밀봉층을 포함하는 액체 저장 시스템.
제5항에 있어서,
상기 케이싱은 섬유강화 복합재료 시트로 이루어지고, 상기 밀봉층은 상기 단열폼을 감싸도록 상기 접합되어 있는 금속박막으로 이루어지며, 상기 가스는 이산화탄소, 펜탄, 이소펜탄 중 어느 하나로 이루어지는 액체 저장 시스템.
제6항에 있어서,
상기 케이싱 안에 강성의 보강을 위하여 삽입되어 있는 강성 구조물을 더 구비하는 액체 저장 시스템.
액화천연가스가 그 표면에 접촉되는 것으로 열변형으로 인한 수축 및 팽창을 흡수하기 위하여 복수의 주름들이 오목하게 형성되어 있는 복수의 멤브레인들을 구비하는 제1 방벽과;
상기 제1 방벽에 작용하는 하중을 흡수하도록 상기 제1 방벽의 이면에 설치되어 있는 충격흡수층과;
상기 충격흡수층의 이면에 단열을 위하여 배열되어 있는 복수의 진공단열패널들을 구비하는 제1 단열층과;
상기 제1 단열층의 이면에 설치되어 있는 제2 방벽과;
상기 제2 방벽의 이면에 단열을 위하여 설치되어 있는 제2 단열층을 포함하는 액화천연가스 운반선의 화물창.
제8항에 있어서,
상기 복수의 주름들은 상기 복수의 진공단열패널들 사이에 삽입되어 있는 액화천연가스 운반선의 화물창.
제9항에 있어서,
상기 충격흡수층은 섬유강화 복합재료 시트로 이루어지고, 상기 섬유강화 복합재료 시트의 표면에 상기 복수의 주름들을 수용하도록 복수의 그루브들이 형성되어 있는 액화천연가스 운반선의 화물창.
제8항에 있어서,
상기 충격흡수층에 상기 복수의 멤브레인들을 지지하도록 서포트 패널이 더 설치되어 있고, 상기 서포트 패널은 상기 복수의 주름들을 수용하도록 형성되어 있는 복수의 채널들을 구비하는 액화천연가스 운반선의 화물창.
제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 진공단열패널들 각각은,
케이싱과;
상기 케이싱 안에 설치되어 있고, 저온에서 상변화에서 상기 케이싱 안을 진공으로 조성하기 위한 가스가 충전되어 있는 단열폼과;
상기 가스의 누출을 방지하도록 상기 케이싱과 상기 단열폼 중 어느 하나에 제공되어 있는 밀봉층을 포함하는 액화천연가스 운반선의 화물창.
제12항에 있어서,
상기 밀봉층은 상기 단열폼을 감싸도록 상기 접합되어 있는 금속박막으로 이루어지며, 상기 가스는 이산화탄소, 펜탄, 이소펜탄 중 어느 하나로 이루어지고, 상기 케이싱 안에 강성의 보강을 위하여 삽입되어 있는 강성 구조물을 더 구비하는 액화천연가스 운반선의 화물창.
제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 단열층은 상기 제2 방벽의 이면에 배열되어 있는 진공단열패널로 이루어지는 액화천연가스 운반선의 화물창.