KR20150000855U - 초저온 화물창 단열시스템의 단열박스 구조물 - Google Patents

초저온 화물창 단열시스템의 단열박스 구조물 Download PDF

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Abstract

초저온 화물창 단열시스템의 단열박스 구조물이 제공된다. 본 고안의 화물창 단열시스템의 단열박스 구조물은, 초저온 화물창 단열시스템의 단열박스에 사용되는 구조물에 있어서, 구조적 강도를 유지하는 구조재; 구조재에 단열을 위해 접합되는 단열재를 포함하고, 단열재는 구조재에 허니컴 구조로 배열되도록 다수로 접합되고, 구조재와 단열재는 열수축이 상이한 이종 재질로 제작되어 단열박스의 수직부재를 이루는 것을 특징으로 한다.

Description

초저온 화물창 단열시스템의 단열박스 구조물{Insulation box structure of insulation system for cryogenic cargo hold}
본 고안은 초저온 화물창 단열시스템의 단열박스 구조물에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 구조재와 단열재의 접합에 의해 우수한 단열 효과를 가지도록 구성된 초저온 화물창 단열시스템의 단열박스 구조물에 관한 것이다.
천연가스는 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 'LNG'라 함)의 상태로 LNG 수송선에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다. LNG는 천연가스를 극저온(대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태의 천연가스일 때보다 그 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.
LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 LNG를 하역하기 위한 LNGC(LNG Carrier)나, LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 도착한 후 저장된 LNG를 재기화하여 천연가스 상태로 하역하는 LNG RV(Regasification Vessel)에는 LNG의 극저온에 견딜 수 있는 LNG 저장탱크('화물창'이라고 함)가 설치된다.
최근에는 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 RV의 LNG 저장탱크가 설치된다.
LNG 저장탱크는 단열재에 화물의 하중이 직접적으로 작용하는지 여부에 따라 독립탱크형(independent tank type)과 멤브레인형(membrane type)으로 나뉘어지는데, 통상 멤브레인형 저장탱크는 GTT NO 96형과 TGZ Mark Ⅲ형으로 나뉘어지며, 독립탱크형 저장탱크는 MOSS형과 IHI-SPB형으로 나뉘어진다.
전술한 GT형 및 TGZ형 탱크구조는 미국등록특허 제6,035,795호, 제6,378,722호, 제5,586,513호 및 미국공개특허 제2003-0000949호 등과, 한국공개특허 제10-2000-0011347호 및 제10-2000-0011346호 등에 기재되어 있다. 또한, 독립탱크형 저장탱크의 구조는 한국공개특허 제10-0015063호 및 제10-0305513호 등에 기재되어 있다.
도 1은 선체에 LNG 저장탱크가 마련된 상태를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, LNG 저장탱크는 GTT NO 96형의 저장탱크로서, 0.5~0.7㎜ 두께의 인바(Invar)강(36% Ni)으로 이루어지는 1차 밀봉벽(10) 및 2차 밀봉벽(15)과, 플라이우드 박스(plywood box) 및 펄라이트(perlite) 등으로 이루어지는 1차 단열벽(11) 및 2차 단열벽(16)이 선체의 내부표면(1,2) 상에 번갈아 적층되어 이루어지며, 1차 단열벽(11) 및 2차 단열벽(16)이 지지되기 위하여 더블 커플(double couple; 17)이 이용된다.
도 2는 도 1에 도시된 단열벽에 채용된 단열박스를 도시한 부분 개방 사시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, LNG 저장탱크의 단열박스(20)는 1차 단열벽(11; 도 1 참조) 및 2차 단열벽(16; 도 1 참조)을 이루는 것으로서, 박스 형태를 이루는 박스부재(21)의 내측에 가로방향으로 연장되는 수직부재(22)가 다수로 나란하게 수직되도록 설치된다.
또한 단열박스(20)에는 LNG 누출을 대비해 불활성가스를 순환시킬 수 있도록 박스부재(21)의 전면과 후면 그리고 수직부재(22)에 원형의 순환홀(23)이 형성되며, 박스부재(21) 내측에 펄라이트(perlite)로 이루어진 단열재가 채워진다.
이와 같은 LNG 저장탱크의 단열박스(20)는 내부 슬로싱 압력을 충분히 견딜 수 있는 강도를 가져야 하고, 동시에 LNG의 기화를 최소화시킬 수 있는 단열성능을 가져야 한다.
그러나 최근에는 화물창 용량이 증가하면서 보다 강하고, 단열성능이 우수한 구조가 요구된다. 도 2에 도시된 단열박스(20)는 강도 향상을 위하여 구조재인 수직부재(22)의 두께를 증가시킬 경우, 단열재보다 열전도를 많이 발생시키는 수직부재(22)재에 의한 열전도와, 단열재의 상대적 분포비율 감소로 인해 오히려 단열성능을 저하시키는 문제점을 가지고 있었다.
본 고안은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 구조재와 단열재의 접합으로 인해 우수한 단열 효과를 가지도록 하고, 구조재와 단열재의 이종 재질 간에 크랙을 방지하여 단열 시스템의 안정성을 확보하도록 하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 일 측면에 따르면, 초저온 화물창 단열시스템의 단열박스에 사용되는 구조물에 있어서, 구조적 강도를 유지하는 구조재; 및 상기 구조재의 측면부에 단열을 위해 접합되는 단열재를 포함하고, 상기 단열재는 상기 구조재에 허니컴 구조로 배열되도록 다수로 접합되고, 상기 구조재와 상기 단열재는 상기 단열박스의 수직부재를 이루는 것을 특징으로 하는 초저온 화물창 단열시스템의 단열박스 구조물이 제공된다.
상기 구조재와 상기 단열재는 열수축이 상이한 이종 재질로 제작되며, 각각 판상으로 이루어질 수 있다.
상기 단열재는, 서로 갭(gap)을 가지도록 상기 구조재에 접합될 수 있다.
상기 단열재는, 상기 구조재의 양측면에 각각 접합될 수 있다.
상기 구조재는, 상기 단열재를 사이에 두고, 상기 단열재의 양측에 각각 접합될 수 있다.
상기 구조재는, 플라이우드(plywood), 폴리카보네이트(polycarbonate), 섬유강화 열가소성플라스틱(Glass-Mat Thermoplastic Composites, GMT), 폴리프로필렌(polypropylene) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상기 단열재는, 폴리우레탄폼(Poly Urethane Foam), 폴리염화비닐(Poly Vinyl Chloride), 발포성 폴리스틸렌(Expandable Polystyrene) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
또한 본 고안의 다른 측면에 따르면, 초저온 화물창 단열시스템의 단열박스에 사용되는 구조물에 있어서, 상기 단열박스의 수직부재를 구조적 강도를 유지하는 구조재와 하니컴 구조를 갖는 단열재로 제작하되 상기 구조재와 상기 단열재는 열수축이 서로 상이한 재질로 제작되는 것을 특징으로 하는 초저온 화물창 단열시스템의 단열박스 구조물이 제공될 수 있다.
본 고안에 따르면, 구조재와 단열재의 접합으로 인해 우수한 단열 효과를 가지도록 하고, 이로 인해 초저온 화물의 기화로 인한 손실을 줄여서 경제성을 높일 수 있으며, 구조재와 단열재의 이종 재질 간에 크랙을 방지하여 단열 시스템의 안정성을 확보할 수 있다.
도 1은 선체에 LNG 저장탱크가 마련된 상태를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 단열벽에 채용된 단열박스를 도시한 부분 개방 사시도.
도 3은 본 고안의 제 1 실시예에 따른 초저온 화물창 단열시스템의 단열박스 구조물을 도시한 사시도.
도 4는 본 고안의 제 1 실시예에 따른 초저온 화물창 단열시스템의 단열박스 구조물을 도시한 측면도.
도 5는 본 고안의 제 2 실시예에 따른 초저온 화물창 단열시스템의 단열박스 구조물을 도시한 사시도.
도 6은 본 고안의 제 2 실시예에 따른 초저온 화물창 단열시스템의 단열박스 구조물을 도시한 측면도.
도 7은 도 5의 A-A선에 따른 단면도.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 고안의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 본 고안의 제 1 실시예에 따른 초저온 화물창 단열시스템의 단열박스 구조물을 도시한 사시도이고, 도 4는 본 고안의 제 1 실시예에 따른 초저온 화물창 단열시스템의 단열박스 구조물을 도시한 측면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 고안의 제 1 실시예에 따른 초저온 화물창 단열시스템의 단열박스 구조물(100)은 구조적 강도를 유지하는 구조재(110)와, 구조재(110)에 단열을 위해 다수로 접합되는 단열재(120)를 포함하고, 이로 인해 복합소재로 이루어지며, GTT NO 96 시스템의 단열박스 뿐만 아니라, 그 밖의 다양한 방식의 멤브레인 타입(membrane type) 저장탱크의 단열박스에 적용될 수 있으며, LNG 저장탱크에서 1차 단열벽 뿐만 아니라 2차 단열벽에 적용될 수 있다.
구조재(110)와 단열재(120)는 각각 판상으로 이루어질 수 있고, 단열박스의 수직부재를 이룰 수 있다. 여기서 수직부재는 단열박스 내에 구조적 보강을 위하여 가로방향 또는 세로방향으로 배열되는 내부수직부재뿐만 아니라, 박스부재에서 테두리를 이루도록 수직되게 조립되는 외부수직부재를 포함할 수 있다.
구조재(110)는 구조적 강도를 유지하는 역할을 하고, 플라이우드(plywood), 폴리카보네이트(polycarbonate), 섬유강화 열가소성플라스틱(Glass-Mat Thermoplastic Composites, GMT), 폴리프로필렌(polypropylene) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
단열재(120)는 구조재(110)에 단열을 위해 접합되고, 예컨대 구조재(110)에 허니컴(honeycomb) 구조로 배열되도록 다수로 접합될 수 있다. 이를 위해 단열재(120)는 육각형의 판상 구조를 가질 수 있으며, 초저온에 견디는 접착제를 이용한 접착 방식이나 스테이플(staple)을 이용한 고정 방식을 비롯하여 다양한 방식에 의해 구조재(110)에 접합될 수 있다.
단열재(120)는 구조재(110)에 비하여 큰 열수축열을 가짐으로써 열에 의한 수축 내지 팽창시 다른 단열재(120)와의 여유를 확보하도록, 도 3에 도시된 바와 같이, 서로 갭(gap; 121)을 가지도록 구조재(110)에 접합될 수 있다.
또한 단열재(120)는 열변화에 인해 다른 단열재(120)에 간섭을 일으키지 않도록 그 크기와 갭(121)이 정해질 수 있다.
본 실시 예에서 단열재(120)는, 도4에 도시된 바와 같이, 구조재(110)의 양측면에 각각 접합될 수 있다. 또한 단열재(120)는 폴리우레탄폼(Poly Urethane Foam, PUF), 폴리염화비닐(Poly Vinyl Chloride, PVC), 발포성 폴리스틸렌(Expandable Polystyrene, EPS) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 단열재(120)는 폴리염화비닐로 이루어지는 경우, 폴리염화비닐계열 수지의 고형단열재(rigid insulation)로 이루어질 수 있다.
도 5는 본 고안의 제 2 실시예에 따른 초저온 화물창 단열시스템의 단열박스 구조물을 도시한 사시도이고, 도 6은 본 고안의 제 2 실시예에 따른 초저온 화물창 단열시스템의 단열박스 구조물을 도시한 측면도이고, 도 7은 도 5의 A-A선에 따른 단면도이다.
도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 고안의 제 2 실시예에 따른 초저온 화물창 단열시스템의 단열박스 구조물(200)은 구조적 강도를 유지하는 구조재(210)와, 구조재(210)에 단열을 위해 접합되는 단열재(220)를 포함하고, 단열재(220)는 구조재(210)에 허니컴 구조로 배열되도록 다수로 접합될 수 있는데, 구조재(210)와 단열재(220)는 그 접합에 의해 레이어(layer) 위치만이 상이할 뿐, 이전의 실시예에서 설명한 바와 같으므로 그 설명을 생략하기로 한다.
구조재(210)는 단열재(220)를 사이에 두고, 단열재(220)의 양측에 각각 접합될 수 있다. 따라서, 구조재(210)는 2개의 레이어로 이루어지고, 그 사이에 단열재(220)가 허니컴 구조로 배열되도록 한다.
이와 같은 본 고안에 따른 초저온 화물창 단열시스템의 단열박스 구조물의 작용을 설명하면 다음과 같다.
초저온 화물창 단열시스템에 사용되는 단열박스, 예컨대 GTT NO 96 시스템의 단열박스에서, 수직부재가 구조재(110,210)와 단열재(120,220)의 접합으로 이루어진 복합소재에 해당하는 단열박스 구조물(100,200)로 이루어질 수 있다.
따라서 구조재(110,210)에 의해 구조적 안정성을 유지할 수 있으며, 단열재(120,220)에 의해 단열 성능을 향상시키도록 한다. 특히 단열박스에서 수직부재의 옆면으로부터 단열박스의 상판으로 열이 전달되는 것을 허니컴 구조의 단열재(120,220)에 의해 차단함으로써 우수한 단열 효과를 가지도록 한다.
또한 열수축량이 비교적 작은 소재인 구조재(110)를 기준으로 그 양측에 상대적으로 열수축량이 큰 소재인 단열재(120)가 위치하거나, 단열재(220)를 기준으로 그 양측에 구조재(210)가 위치할 수 있는데, 원형에 가까운 육각형의 판상구조를 가지는 단열재(120,220)가 열변화로 인해 수축 및 팽창시 중심으로부터 균일한 치수변화를 가져오며, 배치에 있어서도 보다 자유롭게 적용할 수 있다.
이와 같이, 본 고안에 따르면, 구조재와 단열재의 접합으로 인해 우수한 단열 효과를 가지도록 하고, 이로 인해 초저온 화물의 기화로 인한 손실을 줄여서 경제성을 높일 수 있으며, 구조재와 단열재의 이종 재질 간에 크랙을 방지하여 단열 시스템의 안정성을 확보할 수 있다.
본 고안은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 고안의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
110,210 : 구조재 120,220 : 단열재
121 : 갭

Claims (8)

  1. 초저온 화물창 단열시스템의 단열박스에 사용되는 구조물에 있어서,
    구조적 강도를 유지하는 구조재; 및
    상기 구조재에 단열을 위해 접합되는 단열재를 포함하고,
    상기 단열재는 상기 구조재에 허니컴 구조로 배열되도록 다수로 접합되고, 상기 구조재와 상기 단열재는 열수축이 상이한 이종 재질로 제작되어 상기 단열박스의 수직부재를 이루는 것을 특징으로 하는 초저온 화물창 단열시스템의 단열박스 구조물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 구조재와 상기 단열재는 각각 판상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 초저온 화물창 단열시스템의 단열박스 구조물.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 단열재는,
    서로 갭(gap)을 가지도록 상기 구조재에 접합되는 초저온 화물창 단열시스템의 단열박스 구조물.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 단열재는,
    상기 구조재의 양측면에 각각 접합되는 초저온 화물창 단열시스템의 단열박스 구조물.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 구조재는,
    상기 단열재를 사이에 두고, 상기 단열재의 양측에 각각 접합되는 초저온 화물창 단열시스템의 단열박스 구조물.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 구조재는,
    플라이우드(plywood), 폴리카보네이트(polycarbonate), 섬유강화 열가소성플라스틱(Glass-Mat Thermoplastic Composites, GMT), 폴리프로필렌(polypropylene) 중 어느 하나로 이루어지는 초저온 화물창 단열시스템의 단열박스 구조물.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 단열재는,
    폴리우레탄폼(Poly Urethane Foam), 폴리염화비닐(Poly Vinyl Chloride), 발포성 폴리스틸렌(Expandable Polystyrene) 중 어느 하나로 이루어지는 초저온 화물창 단열시스템의 단열박스 구조물.
  8. 초저온 화물창 단열시스템의 단열박스에 사용되는 구조물에 있어서,
    상기 단열박스의 수직부재를 구조적 강도를 유지하는 구조재와 하니컴 구조를 갖는 단열재로 제작하되 상기 구조재와 상기 단열재는 열수축이 서로 상이한 재질로 제작되는 것을 특징으로 하는 초저온 화물창 단열시스템의 단열박스 구조물.
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KR2020130006928U KR20150000855U (ko) 2013-08-19 2013-08-19 초저온 화물창 단열시스템의 단열박스 구조물

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20170085735A (ko) * 2016-01-15 2017-07-25 대우조선해양 주식회사 화물창의 단열시스템용 플라이우드 및 이를 포함하는 플라이우드 부재
KR101877666B1 (ko) * 2017-02-16 2018-07-11 인하대학교 산학협력단 독립형 극저온 액체화물 저장장치의 제작방법

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KR20170085735A (ko) * 2016-01-15 2017-07-25 대우조선해양 주식회사 화물창의 단열시스템용 플라이우드 및 이를 포함하는 플라이우드 부재
KR101877666B1 (ko) * 2017-02-16 2018-07-11 인하대학교 산학협력단 독립형 극저온 액체화물 저장장치의 제작방법

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