KR20150028437A - 극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인 및 이를 구비한 단열시스템 - Google Patents

극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인 및 이를 구비한 단열시스템 Download PDF

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Abstract

극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인 및 이를 구비한 단열시스템이 개시된다. 본 발명의 극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인은, 극저온 유체를 저장하는 탱크의 멤브레인에 있어서, 베이스 플레이트; 및 베이스 플레이트에 마련되는 복수의 주름부를 포함하며, 복수의 주름부는 상기 탱크의 내부 방향 및 외부 방향으로 돌출되는 것을 특징으로 한다.

Description

극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인 및 이를 구비한 단열시스템{Membrane of tank for cryogenic fluid storage and insulating system having the same}
본 발명은 극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인 및 이를 구비한 단열시스템에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 복잡한 교차 주름 구조를 회피하도록 하고, 열 수축과 정수압의 외부 환경 조건에 대해서 구조적으로 안전하며, 가공과 유지 및 보수가 용이하도록 구성된 극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인에 관한 것이다.
일반적으로, 액화천연가스(Liquified Natural Gas, 이하, 'LNG'라 함)는 천연가스를 -163℃ 정도의 극저온으로 냉각하여 얻어지는 것으로, 가스 상태의 천연가스일 때보다 그 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 적합하다.
이러한 LNG의 저장이 필요한 선박이나 부유식 해양 구조물, 예를 들면, LNGC(LNG Carrier), LNG RV(Regasification Vessel), LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading), LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit) 등은 LNG의 저장을 위해 극저온에 견디기 위한 구조 및 재질로 이루어지는 저장탱크('화물창'이라고도 함)가 마련된다.
LNG의 저장탱크 중에서 멤브레인 타입의 저장탱크는 멤브레인 금속패널로 이루어진 내부탱크가 단열재로 둘러싸여짐으로써, 외부의 잠입열량에 의한 기화가스의 발생이 최소가 되도록 한다. 또한 멤브레인 금속패널은 극저온의 LNG와 직접적으로 접촉하게 됨으로써 응력변화에 대응할 수 있도록 저온 취성에 강한 금속 재질로 제작되고, 일정한 강도를 만족시킴과 동시에 반복적인 온도변화 및 LNG의 하중변화에 대해서 팽창 및 수축이 용이하도록 코러게이션 구조를 가진다.
종래의 멤브레인 타입 탱크의 멤브레인으로는 한국공개특허 제10-2005-0050170호의 LNG 운반선 단열탱크의 멤브레인 금속패널이 있다. 이는 멤브레인 금속패널에 서로 평행하게 등간격을 이루며 형성되고, 양단부가 마감부에 의해 평면부와 부채꼴 또는 반원형상으로 연결되는 다수개의 횡방향 직선 코러게이션과, 상기 횡방향 직선 코러게이션과 직교하고, 서로 평행하게 등간격을 이루어 형성되며, 양단부가 마감부에 의해 평면부와 부채꼴 또는 반원형상으로 연결되는 다수개의 종방향 직선 코러게이션과, 상기 횡/종방향 직선 코러게이션 마감부와 멤브레인 금속패널의 4변 사이에 위치하고, 일정폭을 구비하는 평면화된 접촉용접부로 구성되어, 단일 멤브레인 금속패널과 또 다른 단일 멤브레인 금속패널을 겹치기 용접할 시, 평면화된 접촉용접부에 의해 직선 용접하도록 구성된다.
그러나 종래의 멤브레인은 열 변형에 대한 양방향 스트레스 변화에 대응하도록 형성되는 횡방향 직선 코러게이션과 종방향 직선 코러게이션이 교차하는 부분의 구조가 복잡하여, 여러 번의 포밍 프로세스(forming process) 등을 비롯한 복잡한 가공이 요구되고, 이로 인해 제작에 어려움이 따를 뿐만 아니라, 많은 시간과 비용이 소요되며, 생산성 저하 및 제조 비용 증가를 초래하는 문제점을 가지고 있었다.
또한 종래의 멤브레인은 주름의 반경이 커질수록 수축에 의한 스트레스가 작게 발생하여 유리하지만, 역으로 정수압에 취약하고, 슬로싱(sloshing) 등의 하중에 의해 표면이 손상되거나 파손되며, 이로 인해 LNG의 유출을 유발하게 되고, 이러한 단점을 해결하기 위하여 멤브레인의 두께를 두껍게 하거나 유지 보수를 자주 해야 하는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 열 수축에 의한 스트레스를 방지함과 동시에, 극저온 유체의 하중에 의한 정수압에도 강한 구조를 가지도록 하고, 멤브레인 자체가 양방향으로 수축이 가능한 주름 형상을 제공할 수 있도록 하여 복잡한 교차 주름 구조가 필요없도록 하며, 가공의 용이함으로 인해 생산성과 품질을 향상시키면서 제조 비용을 절감하도록 하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 극저온 유체를 저장하는 탱크의 멤브레인에 있어서, 베이스 플레이트; 및 상기 베이스 플레이트에 마련되는 복수의 주름부를 포함하며, 상기 복수의 주름부는 상기 탱크의 내부 방향 및 외부 방향으로 돌출되는 극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인이 제공된다.
상기 주름부는, 단열박스와의 사이에 공간을 형성하도록 돌출 형성되는 볼록부; 및 상기 볼록부 사이에 오목하게 형성되고, 상기 단열박스에 형성되는 수용홈에 수용되어 접하는 오목부를 포함할 수 있다.
상기 볼록부는, 단열박스와의 사이에 공간을 형성하도록 피크 형상으로 돌출 형성될 수 있다.
상기 볼록부는, 양각의 엠보싱 형태로 이루어질 수 있다.
상기 오목부는, 음각의 엠보싱 형태로 이루어질 수 있다.
상기 엠보싱 형태는, 반구 형태로 이루어질 수 있다.
상기 엠보싱 형태는, 삼각뿔 형태로 이루어질 수 있다.
또한, 극저온 유체를 저장하는 탱크의 멤브레인에 있어서, 베이스 플레이트; 및 상기 베이스 플레이트에 마련되되 단열박스에 형성되는 수용홈에 수용되어 접하도록 오목하게 형성되는 복수의 주름부를 포함하는 극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인이 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 극저온 유체를 저장하는 탱크의 멤브레인에 있어서, 상기 멤브레인에는 상기 탱크의 내부 방향으로 돌출되는 복수의 볼록부와 상기 복수의 볼록부와 반대 방향으로 돌출되는 복수의 오목부가 마련되는 것을 특징으로 하는 극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인이 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 탱크에 저장된 액화천연가스(LNG)를 밀봉하며 상기 탱크의 내부 방향 및 외부 방향으로 돌출되는 주름부가 마련된 멤브레인; 및 상기 액화천연가스를 단열시키며 상기 탱크의 외부 방향으로 돌출되는 상기 주름부가 수용되는 수용홈이 마련된 단열벽을 포함하는 단열시스템이 제공된다.
본 발명에 따르면, 열 수축과 정수압의 외부 환경 조건에 대하여 구조적으로 안전하도록 하고, 슬로싱(sloshing)으로 인한 손상 및 파손을 방지하며, 기존의 형상에 비하여 두께를 줄일 수 있도록 하여 경제성을 높이고, 멤브레인 자체가 양방향 수축을 가능하도록 하여 복잡한 교차 주름 구조를 회피하도록 하며, 가공과 유지 및 보수의 용이함으로 인해, 생산성과 품질을 향상시키면서 제조 및 관리에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인을 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인을 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인을 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인을 도시한 사시도.
도 5는 도 4에 도시된 극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인의 단면도.
도 6은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인을 도시한 사시도.
도 7은 도 6에 도시된 극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인을 도시한 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.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인을 도시한 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인(100)은 베이스 플레이트(110)와, 베이스 플레이트(110)에 교차를 회피하도록 다수로 형성되는 주름부(120)를 포함한다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인(100)은 극저온 유체, 예컨대 LNG의 저장이 필요한 선박이나 부유식 해양 구조물에 해당하는 LNGC(LNG Carrier), LNG RV(Regasification Vessel), LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading), LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit) 등에 마련된 멤브레인 타입의 저장탱크에 적용될 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인(100)은 자신에 의해 제작되는 내부 탱크에 해당되는 내부 쉘, 온도차에 의한 영향을 감소시키는 단열박스에 해당하는 단열벽, 그리고 내압을 견디기 위하여 강소재로 이루어지는 외부 쉘을 포함하는 LNG의 저장, 공급 및 운반용 저장탱크 모두에 적용될 수 있다.
나아가 본 발명의 제 1 실시예에 따른 멤브레인(100)은 LNG 탱크에 저장된 LNG와 직접 접촉되어 LNG의 누설을 방지하는 1차 멤브레인 일 수 있다.
이러한 점들은 본 실시예 뿐만 아니라, 이하의 모든 실시예에 따른 극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인 모두에 적용될 수 있다.
베이스 플레이트(110)는 다수로 배열되어 용접에 의해 서로 연결되되, 입체구조를 가지도록 연결됨으로써 LNG 등과 같은 극저온 유체에 직접적으로 접촉하는 내부 탱크를 이룰 수 있다.
또한, 베이스 플레이트(110)는 LNG와 직접적으로 접촉하게 됨으로써 열에 의한 스트레스의 변화에 대응할 수 있도록 예컨대, 스테인레스 스틸로 이루어질 수 있다.
이 밖에도 알루미늄 합금이나 인바(Invar)를 포함하는 니켈합금강 등과 같이, 저온 취성에 강한 금속 재질로 제작될 수 있으며, 주름부(120)가 형성됨으로써 일정한 강도를 만족시킴과 동시에, 반복적인 온도 변화 및 극저온 유체의 하중에 대해서 팽창 및 수축이 용이하도록 한다.
주름부(120)는 베이스 플레이트(110)에 다수로 형성되되, 각각이 서로 교차하지 않도록 형성되고, 열과 정수압에 의한 스트레스(stress)를 흡수하도록 하며, 본 실시예에서처럼 일정한 길이를 가지도록 베이스 플레이트(110)의 면을 따라 연장 형성될 수 있다.
또한 주름부(120)는 예컨대 포밍(forming) 공정에 의해 형성될 수 있고, 본 실시예에서처럼 볼록부(121)와 오목부(122)를 포함할 수 있다.
볼록부(121)는 단열박스(10)와의 사이에 공간(121a)을 형성하도록 돌출 형성될 수 있다. 또한 볼록부(121)는 오목부(122)의 형성으로 인해서, 종래의 주름 구조 보다 작은 주름으로 형성될 수 있고, 이로 인해 정수압에 의한 스트레스를 줄일 수 있다.
오목부(122)는 볼록부(121) 사이에 오목하게 형성되고, 단열박스(10)에 형성되는 수용홈(11)에 수용되어 접할 수 있으며, 볼록부(121)에 연속해서 연결되도록 형성될 수 있다. 단열박스(10)에는 오목부(122) 각각을 수용하도록 오목부(122)에 상응하는 형상을 갖는 수용홈(11)이 마련될 수 있다.
따라서 오목부(122)는 단열박스(10)의 수용홈(11)에 접촉됨으로써 베이스 플레이트(110)가 단열박스(10)에 최대한 많이 접촉되도록 하며, 이로 인해 벤딩 스트레스(bending stress)를 최소화하도록 함과 아울러, 열 수축에 대한 흡수 역할을 동시에 만족시키도록 한다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인을 도시한 사시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인(200)은 베이스 플레이트(210)와, 베이스 플레이트(210)에 교차를 회피하도록 다수로 형성되어 열과 정수압에 의한 스트레스를 흡수하는 주름부의 볼록부(220)를 포함하되, 볼록부(220)는 단열박스(20)와의 사이에 공간(221)을 형성하도록 피크 형상(peak-shaped)으로 돌출 형성될 수 있고, 일정한 길이를 가지도록 베이스 플레이트(210)의 면을 따라 연장 형성될 수 있다.
따라서 볼록부(220)가 피크 형상으로 돌출 형성됨으로써 열과 정수압에 의한 스트레스를 최소 내지 제거하기에 유리한 구조를 가지게 된다.
본 실시 예에서도 전술한 오목부(122)가 마련되며, 도 2에는 오목부(122)가 생략되었다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인을 도시한 사시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인(300)은 베이스 플레이트(310)와, 베이스 플레이트(310)에 교차를 회피하도록 다수로 형성되어 열과 정수압에 의한 스트레스를 흡수하는 주름부의 오목부(320)를 포함하되, 오목부(320)는 단열박스(30)에 형성되는 수용홈(31)에 수용되어 접하도록 오목하게 형성될 수 있고, 일정한 길이를 가지도록 베이스 플레이트(310)의 면을 따라 연장 형성될 수 있다. 여기서 단열박스(30)는 수용홈(31)이 오목부(320) 각각을 수용하기 위하여, 오목부(320)에 상응하도록 형성될 수 있다.
본 실시 예에서 오목부(320)는 전술한 제1 실시예와 다르게 반원 형상으로 마련될 수 있고, 베이스 플레이트(310)에는 전술한 볼록부(121)가 마련되며, 도 3에는 볼록부(121)가 생략되었다.
도 4는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인을 도시한 사시이고, 도 5는 도 4에 도시된 극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인의 단면도이다.
도 4및 도 5 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 4실시예에 따른 극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인(500)은 베이스 플레이트(510)와, 베이스 플레이트(510)에 교차를 회피하도록 다수로 형성되어 열과 정수압에 의한 스트레스를 흡수하는 주름부(520)를 포함하되, 주름부(520)는 오목한 홈의 형태를 가지는 음각의 엠보싱 형태로 이루어질 수 있고, 나아가서, 엠보싱 형태가 반구 형태로 이루어질 수 있다. 이때 단열박스(미도시)는 음각의 엠보싱 형태를 가진 주름부(520)가 수용되어 접하기 위한 수용홈(미도시)이 주름부(520)에 상응하도록 형성될 수 있다.
이와 같이 주름부(520)는 반구로 이루어진 음각의 엠보싱 형태를 가짐으로써 베이스 플레이트(510)가 면 수축시 양방향으로 수축이 이루어지도록 하여, 열이나 정수압으로 인한 스트레스를 제거 내지 최소화하도록 한다.
도 6은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인을 도시한 사시도이고, 도 7은 도 6에 도시된 극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인을 도시한 단면도이다.
도 6및 도 7 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 5실시예에 따른 극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인(700)은 베이스 플레이트(710)와, 베이스 플레이트(710)에 교차를 회피하도록 다수로 형성되어 열과 정수압에 의한 스트레스를 흡수하는 주름부(720)를 포함하되, 주름부(720)는 오목한 홈의 형태를 가지는 음각의 엠보싱 형태로 이루어질 수 있고, 나아가서 엠보싱 형태가 삼각뿔 형태로 이루어질 수 있다. 이때 단열박스(미도시)는 음각의 엠보싱 형태를 가진 주름부(720)가 수용되어 접하기 위한 수용홈(미도시)이 주름부(720)에 상응하도록 형성될 수 있다.
이와 같이 주름부(720)는 삼각뿔로 이루어진 음각의 엠보싱 형태를 가짐으로써 베이스 플레이트(710)가 면 수축시 양방향으로 수축이 이루어지도록 하여, 열이나 정수압으로 인한 스트레스를 제거 내지 최소화하도록 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인에 따르면, 열수축과 정수압의 외부 환경 조건에 대하여 구조적으로 안전하도록 하고, 슬로싱(sloshing)으로 인한 손상 및 파손을 방지하며, 기존의 형상에 비하여 두께를 줄일 수 있도록 하여 경제성을 높이고, 멤브레인 자체가 양방향 수축을 가능하도록 하여 복잡한 교차 주름 구조를 회피하여, 가공과 유지 및 보수의 용이함으로 인해 생산성과 품질을 향상시키면서 제조 및 관리에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.
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.
10,20,30 : 단열박스
11,31 : 수용홈
110,210,310,510,710 : 베이스 플레이트
120,220,320,520,720 : 주름부
121 : 볼록부
121a : 공간
122 : 오목부
221 : 공간

Claims (10)

  1. 극저온 유체를 저장하는 탱크의 멤브레인에 있어서,
    베이스 플레이트; 및
    상기 베이스 플레이트에 마련되는 복수의 주름부를 포함하며,
    상기 복수의 주름부는 상기 탱크의 내부 방향 및 외부 방향으로 돌출되는 극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 주름부는,
    단열박스와의 사이에 공간을 형성하도록 돌출 형성되는 볼록부; 및
    상기 볼록부 사이에 오목하게 형성되고, 상기 단열박스에 형성되는 수용홈에 수용되어 접하는 오목부를 포함하는 극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 볼록부는,
    단열박스와의 사이에 공간을 형성하도록 피크 형상으로 돌출 형성되는 극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 볼록부는,
    양각의 엠보싱 형태로 이루어지는 극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 오목부는,
    음각의 엠보싱 형태로 이루어지는 극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인.
  6. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 엠보싱 형태는,
    반구 형태로 이루어지는 극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인.
  7. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 엠보싱 형태는,
    삼각뿔 형태로 이루어지는 극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인.
  8. 극저온 유체를 저장하는 탱크의 멤브레인에 있어서,
    베이스 플레이트; 및
    상기 베이스 플레이트에 마련되되 단열박스에 형성되는 수용홈에 수용되어 접하도록 오목하게 형성되는 복수의 주름부를 포함하는 극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인.
  9. 극저온 유체를 저장하는 탱크의 멤브레인에 있어서,
    상기 멤브레인에는 상기 탱크의 내부 방향으로 돌출되는 복수의 볼록부와 상기 복수의 볼록부와 반대 방향으로 돌출되는 복수의 오목부가 마련되는 것을 특징으로 하는 극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인.
  10. 탱크에 저장된 액화천연가스(LNG)를 밀봉하며 상기 탱크의 내부 방향 및 외부 방향으로 돌출되는 주름부가 마련된 멤브레인; 및
    상기 액화천연가스를 단열시키며 상기 탱크의 외부 방향으로 돌출되는 상기 주름부가 수용되는 수용홈이 마련된 단열벽을 포함하는 단열시스템.
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