KR20140131301A - 액화천연가스 화물창 - Google Patents

Abstract

액화천연가스 화물창이 개시된다. 본 발명의 액화천연가스 화물창은, 액화천연가스(LNG)가 접촉되는 1차 방벽; 상기 1차 방벽의 하측부에 마련되어 상기 1차 방벽에서 누출되는 액화천연가스가 선체에 닿는 것을 방지하는 2차 방벽; 및 상기 1차 방벽 및 상기 2차 방벽 중 적어도 어느 하나에 마련되어 상기 액화천연가스의 단열을 유지하되 내부가 진공 상태로 유지되는 진공단열패널을 포함하며, 상기 1차 방벽의 1차 단열벽 및 상기 2차 방벽의 2차 단열벽은 섬유 강화 플락스틱 재질로 제작되는 것을 특징으로 한다.

Description

액화천연가스 화물창{LNG CARGO CONTAINMENT}

본 발명은, 액화천연가스 화물창에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 액화천연가스(LNG)를 운반하는 가스(Gas) 운반선(carrier), 부유식 해상 구조물(LNG-FPSO, LNG-FSRU) 및 LNG 재기화 선박(LNG-RV) 등에 가스를 저장하기 위한 화물창에 있어서 그 단열구조를 개선시킨 액화천연가스 화물창에 관한 것이다.

일반적으로, 천연가스는 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 액화된 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하, 'LNG'라 함)의 상태로 LNG 수송선에 저장되어 원거리의 소비처로 운반된다.

이러한 LNG는 천연가스를 극저온, 예컨대 대략 -163℃로 냉각하여 얻어지는 것으로서, 가스 상태의 천연가스일 때보다 그 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 적합하다.

이와 같은 LNG는 LNG 수송선에 실려서 바다를 통해 운반되어 육상 소요처에 하역되거나, LNG RV(LNG Regasification Vessel)에 실려서 바다를 통해 운반되어 육상 소요처에 도달한 후 재기화되어 천연가스 상태로 하역될 수 있는데, LNG 수송선과 LNG RV에는 LNG의 극저온에 견딜 수 있는 LNG 저장탱크('화물창'이라고도 함)가 마련된다.

또한, LNG FPSO(Floating Production Storage and Offloading)나 LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)와 같은 부유식 해상 구조물에 대한 수요가 점차 증가하고 있으며, 이러한 부유식 해상 구조물에도 LNG 수송선이나 LNG RV에 설치되는 LNG 저장탱크가 포함된다.

여기서, LNG FPSO는 생산된 천연가스를 해상에서 직접 액화시켜 저장탱크 내에 저장하고, 필요 시 저장탱크 내에 저장된 LNG를 LNG 수송선으로 옮겨싣기 위해 사용되는 부유식 해상 구조물이다.

또한, LNG FSRU는 육상으로부터 멀리 떨어진 해상에서 LNG 수송선으로부터 하역되는 LNG를 저장탱크에 저장한 후, 필요에 따라 LNG를 기화시켜 육상 수요처에 공급하는 부유식 해상 구조물이다.

이와 같은 LNG 저장탱크는 LNG를 극저온 상태로 저장하기 위한 단열재가 화물의 하중에 직접적으로 작용하는지 여부에 따라 독립탱크형(independent tank type)과 멤브레인형(membrane type)으로 분류되고, 독립탱크형 저장탱크는 MOSS형과 IHI-SPB형으로 나뉘며, 멤브레인형 저장탱크는 GT NO 96형과 TGZ Mark Ⅲ형으로 나뉘어진다.

종래 기술의 일 실시 예에 따른 멤브레인형인 GT NO 96형 화물창은, 선체의 내벽에 적층되어 설치되되 플라이우드 박스(plywood box) 및 펄라이트(perlite) 등으로 이루어지는 1차 방벽 및 2차 방벽을 포함한다. 이러한 화물창에 관련된 선행기술이 한국특허공개공보 제2003-39709호(2003.05.22)에 개시되어 있다.

화물창의 1차 방벽은 LNG 측에 위치하고, 2차 방벽은 선체의 내벽 측에 위치하도록 설치된다. 그리고, 1차 방벽 및 2차 방벽은 LNG를 단열시키는 단열벽을 포함하고, 각각의 단열벽의 상측에는 0.5~0.7㎜ 두께의 인바(Invar) 강(36% Ni)으로 이루어지는 1차 밀봉벽 및 2차 밀봉벽이 각각 설치된다.

따라서, 1차 방벽과 2차 방벽이 거의 같은 정도의 액밀성 및 강도를 갖고 있어 1차 방벽의 누설시 상당한 기간 동안 2차 방벽만으로도 화물인 LNG를 안전하게 지탱할 수 있다.

이와 같은 종래 기술의 일 실시 예에 따른 화물창은 1차 방벽과 2차 방벽 각각의 단열 공간을 입자형의 펄라이트로 채운 다음, 질소가스를 충진하여 단열성능을 확보하도록 함과 아울러, 누설된 가스를 감지하는 데에 사용되도록 한다.

그러나, 종래 기술의 일 실시 예에 따른 화물창은 전체 열손실에서 질소가스를 통한 열손실이 차지하는 비중이 작지 않으며, 단열성능의 저하로 인한 증발가스(Boil Off Gas, 이하 'BOG'라 함)의 발생을 증가시키는 문제점이 있었다.

또한, 단열재의 주재료인 펄라이트(perlite)는 단열성능이 좋지 못하고, 전체 열전달 성능 중에서 펄라이트 재료 자체가 차지하는 열전달 성능이 비교적 큰 비중을 차지하게 됨으로써 방벽에 대한 단열성능을 저하시키는 문제점이 있었다.

나아가 종래 기술의 일 실시 예에서 단열벽으로 사용되는 단열박스는 화물로부터 오는 하중을 견디기 위해 비교적 두꺼운 두께의 플라이우드를 수직 부재로 채택하여 좌굴 및 압축 강도를 확보하는 데, 이러한 내부재를 통해 손실되는 열량이 전체 단열 상자의 열손실의 40~50% 정도를 차지하여 단열 성능에 상당한 악영향으로 작용하는 문제점이 있다.

한국특허공개공보 제2003-0039709호(대우조선해양 주식회사) 2003. 05. 22.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 종래의 구조 강도 요구치를 만족하면서 동시에 구조 부재를 통한 열손실을 최소화하고 진공단열패널의 효과를 극대화할 수 있는 액화천연가스 화물창을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 액화천연가스(LNG)가 접촉되는 1차 방벽; 상기 1차 방벽의 하측부에 마련되어 상기 1차 방벽에서 누출되는 액화천연가스가 선체에 닿는 것을 방지하는 2차 방벽; 및 상기 1차 방벽 및 상기 2차 방벽 중 적어도 어느 하나에 마련되어 상기 액화천연가스의 단열을 유지하되 내부가 진공 상태로 유지되는 진공단열패널을 포함하며, 상기 1차 방벽의 1차 단열벽 및 상기 2차 방벽의 2차 단열벽은 섬유 강화 플락스틱 재질로 제작되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 화물창이 제공될 수 있다.,

상기 1차 단열벽 및 상기 2차 단열벽의 수직 부재만이 섬유 강화 플라스틱 재질로 제작될 수 있다.

상기 1차 단열벽 및 상기 2차 단열벽의 수직 부재는 파형 형상의 단면 형상을 가질 수 있다.

상기 진공단열패널의 내부에는 심재가 마련되며, 상기 심재는 실리카 계열의 단열재 재질로 제작될 수 있다.

상기 선체에 마련되어 상기 진공단열패널의 진공 압력을 조절하는 진공 펌프를 더 포함한다.

상기 진공단열패널의 진공 압력은 펌프 타워에 마련된 펌프에 의해 조절될 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 액화천연가스 저장탱크의 단열벽을 형성하기 위한 액화천연가스 저장탱크의 단열박스를 섬유 강화 플라스틱 재질로 제작하고, 상기 단열박스의 내부에는 심재가 내부에 마련된 복수의 진공단열패널이 마련된 것을 특징으로 하는 액화천연가스 화물창이 제공된다.

상기 심재는 실리카 계열의 단열재 재질로 제작되고, 상기 진공단열패널의 진공압은 상기 액화천연가스 저장탱크가 설치되는 선체에 마련되는 진공 펌프 또는 펌프타워의 펌프에 의해 조절될 수 있다.

본 발명의 실시 예들은, 화물창의 단열벽을 형성하는 단열박스를 섬유 강화 플라스틱 재질로 제작하여 요구되는 구조 강도를 만족하면서 동시에 구조 부재를 통한 열손실을 최소화할 수 있고, 진공단열패널의 효과를 극대화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 액화천연가스 화물창을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 액화천연가스 화물창에서 2차 단열박스의 내부에 진공단열패널이 설치된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 진공단열패널의 내부 심재와 단열박스 내부의 진공압에 따른 진공단열패널의 열전도 계수를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 액화천연가스 화물창이 종래 기술의 일 실시예에 비해 1차 방벽 및 2차 방벽의 높이가 감소된 상태를 개략적으로 도시한 단면도이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 액화천연가스 화물창을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 액화천연가스 화물창에서 2차 단열박스의 내부에 진공단열패널이 설치된 상태를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 진공단열패널의 내부 심재와 단열박스 내부의 진공압에 따른 진공단열패널의 열전도 계수를 나타낸 그래프이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에 따른 액화천연가스 화물창(1)은, 액화천연가스(LNG)가 접촉되는 1차 방벽(10)과, 1차 방벽(10)의 하측부에 마련되어 1차 방벽(10)에서 누출되는 액화천연가스가 선체에 닿는 것을 방지하는 2차 방벽(20)과, 1차 방벽(10) 및 2차 방벽(20) 중 적어도 어느 하나에 마련되어 액화천연가스의 단열을 유지하는 진공단열패널(30)을 구비한다.

1차 방벽(10)은, 저장된 액화천연가스가 직접 접촉되는 곳으로서 액화천연가스의 단열을 유지하는 역할을 하고, 2차 방벽(20)은 1차 방벽(10)의 크랙(crack) 등으로 인해 1차 방벽(10)에서 누설되는 액화천연가스가 선체에 직접 닿아 선체가 취성 파괴되는 것을 방지하고 1차 방벽(10)과 함께 액화천연가스의 단열을 유지하는 역할을 한다.

본 실시 예에서 1차 방벽(10)과 2차 방벽(20)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 선체의 내벽(H)을 기준으로 선체의 상하로 적층되되 1차 방벽(10)이 액화천연가스 측에 위치되도록 마련되고, 2차 방벽(20)이 선체의 내벽(H)에 위치되도록 마련된다.

또한 1차 방벽(10)의 상측과 2차 방벽(20)의 상측에는 인바(Invar) 강(36％ Ni)으로 이루어지는 1차 밀봉벽(11)과 2차 밀봉벽(21)이 각각 마련될 수 있고, 1차 방벽(10)과 2차 방벽(20)은 1차 단열벽(12)과 2차 단열벽(22)을 형성하는 1차 단열박스(12)와 2차 단열박스(22)를 포함한다.

본 실시 예에서 1차 단열박스(12)와 2차 단열박스(22)는 기존의 구조 강도 요구치를 만족하면서 동시에 구조 부재를 통한 열손실을 최소화하고 진공단열패널(30)의 효과를 극대화시킬 수 있는 섬유 강화 플라스틱 재질로 제작될 수 있다.

섬유 강화 플라스틱은 폴리에스터 수지에 섬유 등의 강화재(强化材)를 혼합하여 기계적 강도와 내열성을 좋게 한 플라스틱으로, 본 실시 예처럼 단열박스를 섬유 강화 플라스틱으로 제작하면 강도가 향상되므로 종래의 단열박스에 비해 낮은 높이와 두께로 단열박스를 제작할 수 있어 압축을 받는 기둥의 찌부러짐이 발생 될 때의 강도를 나타내는 좌굴 강도(buckling strength)가 향상되는 이점이 있다.

또한 종래와 같이 액화천연가스와 같은 화물로부터 전달되는 하중을 견디기 위해 두꺼운 재질로 단열박스 또는 단열박스의 수직부재를 제작할 필요가 없으므로, 수직부재에서의 열전달로 인한 열손실을 최소화할 수 있고, 수직부재의 두께가 감소한 만큼 진공단열패널(30)의 부피를 증가시킬 수 있으므로 종래기술에 비해 단열 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

그리고 본 실시 예는 1차 단열박스(12) 및 2차 단열박스(22) 전체를 섬유 강화 플라스틱 재질로 제작할 수도 있고, 재료비 절감을 위해 수직 부재, 단열박스의 모서리 부분 또는 모서리 부분을 포함하는 일부 부분만을 섬유 강화 플라스틱 재질로 제작할 수도 있다.

또한 본 실시 예에서 단열 박스의 수직 부재는 평판 형상으로 제작될 수도 있고, 좌굴 강도의 향상을 위해 파형 형상의 단면 형상을 갖도록 제작될 수도 있다.

진공단열패널(30)은, 1차 방벽(10)의 1차 단열벽(12) 및 2차 방벽(20)의 2차 단열벽(22) 중 적어도 어느 한 곳에 마련되어 액화천연가스의 단열을 유지하여 BOG의 발생을 억제하고, 1차 방벽(10) 및 2차 방벽(20)의 높이를 줄여 전술한 바와 같이 좌굴 강도를 향상시키는 역할을 한다.

일반적으로 선박에서 발생하는 BOG는 외부의 열이 액화천연가스에 지속적으로 전달되어 액화천연가스를 수송하는 도중에 액화천연가스가 저장탱크 내에서 지속적으로 기화되어 발생한다.

본 실시 예에서 진공단열패널(30)은 그 진공도와 심재(미도시)의 종류에 의해 단열 성능을 종래의 일 실시 예로 사용되는 단열재보다 수배 내지 수십배 향상시킬 수 있으므로 BOG의 발생을 효율적으로 억제할 수 있는 이점이 있다.

구체적으로 본 실시 예에서 진공단열패널(30)의 내부에는 복수의 심재가 마련되며, 이 심재는 실리카 계열의 단열재로 제작될 수 있다. 일 예로 본 실시 예에서 심재는 건식 실리카(fumed silica)로 제작될 수 있고, 실리카 보드(silica board)나 실리카 파우더(silica powder)로 제작될 수도 있다.

그리고 본 실시 예에서 진공단열패널(30)은 알루미늄 박판 또는 플라스틱 라미네이팅 등으로 제작될 수 있고, 진공단열패널(30)은 그 내부가 진공 상태로 유지된다.

한편 본 실시 예는 진공단열패널(30)의 진공도와 심재의 종류에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이, 단열 성능의 차이가 많이 나므로 진공단열패널(30)의 진공도를 조절하기 위한 진공 펌프(미도시)를 더 포함한다.

본 실시 예에서 선체에 마련된 진공 펌프를 이용하여 진공단열패널(30)의 내부를 0.01~0.5 mbar의 진공압으로 유지하고, 심재의 종류를 실리카 계열의 단열재로 채택하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 열전도도를 최소로 할 수 있어 열손실을 최소화시킬 수 있는 이점이 있다. 또한, 요구되는 단열 성능에 따라 심재의 선택 및 진공압의 조절이 가능하므로 탄력적으로 운영할 수 있는 이점이 있다.

이와 더불어 본 실시 예에서 단열박스는 강도 및 내열성이 우수한 섬유 강화 플라스틱 재질로 제작되므로 전체적으로 강도의 향상, 단열성능의 향상 및 BOG의 발생양을 감소시킬 수 있다.

그리고 본 실시 예에서 진공단열패널(30)의 진공압 조절은 별로로 설치되는 진공 펌프 대신에 펌프 타워(미도시)에 설치된 펌프(미도시)를 이용하여 조절할 수도 있다.

나아가 본 실시 예에서 단열박스의 내부에는 전술한 진공단열패널(30) 외에 부피형 단열재, 분말형 단열재 등이 선택적으로 마련될 수도 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 액화천연가스 화물창이 종래 기술의 일 실시예에 비해 1차 방벽(10) 및 2차 방벽(20)의 높이가 감소된 상태를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 4의 (a)는 2차 방벽(20)에만 진공단열패널(30)이 적용되어 2차 방벽(20)의 높이가 감소된 상태를 나타내고, 도 4의 (b)는 1차 방벽(10) 및 2차 방벽(20) 모두에 진공단열패널(30)이 적용되어 1차 방벽(10) 및 2차 방벽(20)의 높이가 모두 감소된 상태를 나타낸 것으로, 진공단열패널(30)이 적용된 단열박스는 섬유 강화 플라스틱 재질로 제작된 것을 전제로 설명한다.

이하에서 진공단열패널(30)의 적용으로 1차 방벽(10) 및 2차 방벽(20)의 높이가 감소되는 상태를 간략히 설명한다.

본 실시 예는 종래의 단열부재에 비해 현저히 단열 효율이 향상되는 진공단열패널(30)과 진공단열패널(30)이 마련되는 단열박스를 섬유 강화 플라스틱 재질로 제작하므로, 종래와 같이 단열 효율 및 강도의 향상을 위해 단열재 및 단열 박스의 두께를 두껍게 할 필요가 없으므로, 도 4의 (a) 및 도 4의(b)에 도시된 바와 같이, 진공단열패널(30)의 적용에 따라 1차 방벽(10) 및 2차 방벽(20)의 높이를 줄일 수 있다.

그리고 1차 방벽(10) 및 2차 방벽(20)의 높이 감소로 액화천연가스가 저장되는 저장탱크의 저장 공간을 증가시킬 수 있으므로 액화천연가스의 저장량 및 수송 능률을 증가시킬 수 있는 이점이 있다.

또한 1차 방벽(10) 및 2차 방벽(20)의 높이가 감소하므로 전술한 바와 같이 좌굴 강도가 향상되는 이점이 있다.

이상에서 살펴 본 바와 같이 본 실시 예는 화물창의 단열벽을 형성하는 단열박스를 섬유 강화 플라스틱 재질로 제작하여 요구되는 구조 강도를 만족하면서 동시에 구조 부재를 통한 열손실을 최소화할 수 있고, 진공압의 조절에 따라 진공단열패널의 효과를 극대화할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

1 : 액화천연가스 화물창 10 : 1차 방벽
11 : 1차 밀봉벽 12 : 1차 단열벽
20 : 2차 방벽 21 : 2차 밀봉벽
22 : 2차 단열벽 30 : 진공단열패널
H : 선체의 내벽

Claims (8)

1. 액화천연가스(LNG)가 접촉되는 1차 방벽;
   상기 1차 방벽의 하측부에 마련되어 상기 1차 방벽에서 누출되는 액화천연가스가 선체에 닿는 것을 방지하는 2차 방벽; 및
   상기 1차 방벽 및 상기 2차 방벽 중 적어도 어느 하나에 마련되어 상기 액화천연가스의 단열을 유지하되 내부가 진공 상태로 유지되며 내부에 심재가 마련된 진공단열패널을 포함하며,
   상기 1차 방벽의 1차 단열벽 및 상기 2차 방벽의 2차 단열벽은 섬유 강화 플락스틱 재질로 제작되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 화물창.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 1차 단열벽 및 상기 2차 단열벽의 수직 부재만이 섬유 강화 플라스틱 재질로 제작되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 화물창.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 1차 단열벽 및 상기 2차 단열벽의 수직 부재는 파형 형상의 단면 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 화물창.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 심재는 실리카 계열의 단열재 재질로 제작되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 화물창.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 선체에 마련되어 상기 진공단열패널의 진공 압력을 조절하는 진공 펌프를 더 포함하는 액화천연가스 화물창.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 진공단열패널의 진공 압력은 펌프 타워에 마련된 펌프에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 화물창.
7. 액화천연가스 저장탱크의 단열벽을 형성하기 위한 액화천연가스 저장탱크의 단열박스를 섬유 강화 플라스틱 재질로 제작하고, 상기 단열박스의 내부에는 심재가 내부에 마련된 복수의 진공단열패널이 마련된 것을 특징으로 하는 액화천연가스 화물창.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 심재는 실리카 계열의 단열재 재질로 제작되고,
   상기 진공단열패널의 진공압은 상기 액화천연가스 저장탱크가 설치되는 선체에 마련되는 진공 펌프 또는 펌프타워의 펌프에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 화물창.

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