KR20150058645A - 화물창 - Google Patents

Abstract

화물창이 개시된다. 본 발명의 화물창은, 선체의 내벽과 LNG가 저장되는 공간부 사이에 마련되어 LNG를 밀봉시키며, 주름부가 제거된 멤브레인; 및 LNG를 단열시키는 단열박스에 마련되며, 멤브레인이 결합되는 멤브레인 결합부재를 포함하며, 멤브레인은 멤브레인 결합부재에 결합되는 결합 영역에 곡선부를 가지고, 곡선부의 곡률 반경은 주름부의 곡률 반경(R)과 대비하여 0.1~2R을 갖는 것을 특징으로 하는 화물창을 포함한다.

Description

화물창{Cargo containment}

본 발명은, 화물창에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, LNG가 저장되는 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, 필요시 이 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.

도 1은 종래 기술의 일 실시예에 따른 화물창, 즉 Mark III형의 화물창의 일부를 개략적으로 도시한 도면이다.

Mark III형 화물창의 1차 밀봉벽은, 도 1에 도시된 바와 같이, 주름이 있는(corrugated) 스테인레스강 304L로 제작된다. Mark III형 1차 밀봉벽의 두께는 1.2mm로써 NO 96형 1차 밀봉벽의 두께(0.7mm)보다 두껍고, NO 96형에 사용되는 인바(Invar) 보다 가격이 싼 스테인레스강을 사용한다.

하지만 Mark III형은 1차 밀봉벽에 주름을 제작하는 것이 쉽지 않고, 편평한 NO 96형의 1차 밀봉벽과 비교하였을 때 주름을 만들기 위해 몇 배에 이르는 재료를 사용해야 하는 단점이 있다.

Mark III형 1차 밀봉벽의 경우 NO 96형과 동일하게 주름부를 마련하지 않고 스테인레스강을 사용하여 1차 밀봉벽을 제작한다면 제작성과 재료비의 장점을 모두 살릴 수 있다.

하지만 주름부가 없으면 스테인레스강의 특성으로 인해 열 수축 부분에서 문제가 될 수 있다. 그래서, 도 1에 도시된 바와 같이, 1차 밀봉벽에 주름부를 넣어 열 수축에 대비하는 데, 이 경우 주름부에 집중 하중을 받게 되어 이 부분이 가라앉거나 누설(leakage)이 일어날 수 있는 단점이 있다.

한국특허등록공보 제10-0457880호(대우조선해양 주식회사) 2004. 11. 10.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 멤브레인에 주름부를 형성하지 않고 인바보다 저렴한 극저온 소재를 사용하여 제작된 멤브레인이 적용될 수 있는 화물창을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선체의 내벽과 LNG가 저장되는 공간부 사이에 마련되어 LNG를 밀봉시키며, 주름부가 제거된 멤브레인; 및 상기 LNG를 단열시키는 단열박스에 마련되며, 상기 멤브레인이 결합되는 멤브레인 결합부재를 포함하며, 상기 멤브레인은 상기 멤브레인 결합부재에 결합되는 결합 영역에 곡선부를 가지고, 상기 곡선부의 곡률 반경은 상기 주름부의 곡률 반경(R)과 대비하여 0.1~2R을 갖는 것을 특징으로 하는 화물창이 제공될 수 있다.

상기 멤브레인은 스테인레스강으로 제작될 수 있다.

상기 멤브레인은 상기 LNG를 1차작으로 밀봉시키는 1차 멤브레인을 포함할 수 있다.

상기 멤브레인 결합부재는, 상기 단열박스에 일단부가 결합되는 수평부재; 및 상기 수평부재에서 상기 멤브레인 방향으로 연장되는 수직부재를 포함하고, 상기 멤브레인은 상기 수직부재에 용접 결합될 수 있다.

상기 수평부재의 상기 일단부가 고정되는 상기 단열박스에는 고정홈이 마련되고, 상기 일단부는 상기 고정홈에 삽입 고정될 수 있다.

상기 단열박스는, 상기 1차 멤브레인과 상기 선체의 내벽 사이에 마련되어 상기 LNG를 1차적으로 단열시키는 1차 단열박스; 및 상기 1차 단열박스와 상기 선체의 내벽 사이에 마련되어 상기 LNG를 2차적으로 단열시키는 2차 단열박스를 포함하고, 상기 멤브레인은, 상기 1차 단열박스와 상기 2차 단열박스 사이에 마련되어 상기 LNG를 2차적으로 밀봉시키는 2차 멤브레인을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 선체의 내벽과 LNG가 저장되는 공간부 사이에 마련되어 상기 LNG를 밀봉시키되 주름부가 제거되고 양측부에 굴곡부가 마련되는 멤브레인을 포함하며, 상기 굴곡부의 곡률 반경은 상기 주름부의 곡률 반경(R)과 대비하여 0.1~2R을 갖는 것을 특징으로 하는 화물창이 제공될 수 있다.

상기 멤브레인은 스테인레스강으로 제작될 수 있다.

본 발명의 실시예들은, 멤브레인 결합부재에 결합되는 멤브레인 영역에 종래의 주름부의 곡률반경(R)과 대비하여 0.1~2R의 곡률 반경을 두어 인바보다 저렴한 가격으로 멤브레인을 제작할 수 있다.

또한, 인바 보다 가격이 낮은 극저온 소재로 멤브레인을 제작하면서도 주름부를 마련하지 않아도 되므로 재료비를 2배 이상 줄일 수 있고, 제작이 용이하여 생산성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래 기술의 일 실시예에 따른 화물창, 즉 Mark III형 화물창의 일부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화물창의 주요 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 실시 예의 화물창에 적용된 멤브레인의 곡률과 종래의 1차 밀봉벽의 곡률을 개략적으로 대비하여 도시한 도면이다.
도 4는 본 실시 예인 화물창의 사용 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.

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 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화물창의 주요 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 본 실시 예의 화물창에 적용된 멤브레인의 곡률과 종래의 1차 밀봉벽의 곡률을 개략적으로 대비하여 도시한 도면이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 화물창(1)은, 선체의 내벽(H)과 LNG가 저장되는 공간부 사이에 마련되어 LNG를 밀봉시키며 주름부(300)가 제거된 멤브레인(10)과, LNG를 단열시키는 단열박스(30)에 마련되며 멤브레인(10)이 결합되는 멤브레인 결합부재(20)를 포함한다.

멤브레인(10)은, LNG가 선체의 내벽(H) 방향으로 누설되지 않도록 밀봉하는 역할을 한다.

본 실시 예에서 후술하는 멤브레인 결합부재(20)에 결합되는 멤브레인(10) 영역에는 굴곡부(11)가 마련되고, 이 굴곡부(11)의 곡률(곡선이 굽은 정도를 나타내는 값으로, 곡률 반경의 역수를 갖는다)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 종래에 비해 증가 된다.

본 실시 예에서 멤브레인(10)의 굴곡부(11)의 곡률을 종래에 비해 증가시킨 것은 극저온의 LNG에 대한 열수축 문제를 해결하기 위한 것이다.

즉, 본 실시 예에서 멤브레인(10)은 인바(invar) 보다 가격이 저렴한 스테인레스강으로 제작될 수 있고, 스테인레스강은 인바에 비해 열수축에 약하기(열수축으로 인한 변형이 크다) 때문에 이러한 스테인레스강의 열수축 문제를 굴곡부(11)의 곡률 증가(또는 곡률 반경의 감소)로 해결할 수 있다.

따라서, 본 실시 예는 종래의 Mark III형에 적용되는 재질과 같은 재질을 사용하면서도 주름부(300)를 제거할 수 있으므로 멤브레인(10)의 제조 비용을 줄일 수 있고, 생산성도 증가시킬 수 있는 이점이 있다.

본 실시 예에서 멤브레인(10)에 마련되는 굴곡부(11)의 곡률 반경은, 도 3에 점선으로 표시된 종래의 주름부(300)의 곡률 반경(R)을 기준으로 할 때 0.1 내지 2R의 곡률 반경을 가질 수 있다.

즉, 곡률 반경을 감소(곡률을 증가)시킬수록 열 수축이 일어났을 때 멤브레인(10)이 팽창될 수 있는 여유 길이는 증가하므로, 본 실시 예의 곡률 반경이 0.1R일 때 최대 여유 길이를 갖고, 곡률 반경이 2R 일때 최소 여유 길이를 가짐을 알 수 있다.

또한, 본 실시 예에서 굴곡부(11)의 곡률 반경을 0.1R로 하는 경우 전술한 최대 여유 길이와는 반대로 정수압과 슬로싱(sloshing)에 의한 충격력은 곡률 반경을 2R로 하는 경우에 비해 증가된다.

따라서, 본 실시 예는 열 수축에 의한 최대 여유 길이와, 정수압과 슬로싱에 의한 충격력을 고려하여 굴곡부(11)의 곡률 반경 또는 곡률의 수치값을 전술한 바와 같이 정할 수 있다.

나아가, 본 실시 예는 굴곡부(11)의 곡률 반경 감소(곡률 증가)로 주름부(300)를 제거할 수 있으므로 형상적으로 응력이 완화되는 효과를 기대할 수 있다.

구체적으로, 주름부는 특성상 주름부 시작 부분에서 형상으로 인한 응력(stress)이 크게 발생하고, 이 부분의 응력은 항복 근처의 응력이다.

본 실시 예는 멤브레인(10)의 굴곡부(11)의 곡률 반경을 감소(곡률 증가)시켜 주름부를 제거할 수 있으므로 열 수축시 주름부 부분으로 응력이 크게 발생하는 것을 방지할 수 있다. 일 예로, 극저온 조건에서 항복 응력이 주름부의 시작점에서 발생한다고 가정할 때, 약 30% 이하의 응력 저하를 기대할 수 있다.

한편, 본 실시 예에서 멤브레인(10)은 LNG를 1차적으로 밀봉시키는 1차 멤브레인(15)과, 1차 멤브레인(15)에서 LNG의 누설 발생 시 LNG가 선체의 내벽(H)으로 누설되지 않도록 LNG를 2차적으로 밀봉하는 2차 멤브레인(17)을 포함하고, 전술한 굴곡부(11)의 곡률 반경에 대한 내용은 1차 멤브레인(15)과 2차 멤브레인(17) 중 적어도 어느 하나에 적용될 수 있다.

또한, 본 실시 예에서 멤브레인(10)은 멤브레인 결합부재(20)에 용접 결합 될 수 있고, 일 예로 심 용접(seam welding) 결합 될 수 있다.

멤브레인 결합부재(20)는, 멤브레인(10)이 결합되는 곳으로서, 본 실시 예에서 멤브레인 결합부재(20)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 단열박스(30)에 일단부가 고정되는 수평부재(21)와, 수평부재(21)에서 멤브레인(10) 방향으로 연장되는 수직부재(23)를 포함한다.

본 실시 에에서 멤브레인 결합부재(20)는, 도 2에 도시된 바와 같이, "ㄴ"자 형상을 가질 수 있다.

수평부재(21)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 단열박스(30)의 하측부에 마련되는 고정홈(31)에 삽입되어 걸림 고정될 수 있다.

수직부재(23)의 상측부에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 굴곡부(11)가 마련된 멤브레인(10)의 상측부가 용접 결합 될 수 있다.

도 4는 본 실시 예인 화물창의 사용 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 실시 예는, 도 4에 도시된 멤브레인 NO 96형의 화물창에 적용될 수 있다. NO 96 화물창은 선체의 내벽(H)으로부터 LNG가 저장된 공간부로 2차 단열박스(50), 2차 멤브레인(17), 1차 단열박스(40), 1차 멤브레인(15)이 차례로 마련되는 구조를 갖는다.

본 실시 예는, 도 4에 도시된 1차 멤브레인(15)과 2차 멤브레인(17)의 굴곡부(11)의 곡률을 증가(곡률 반경을 감소)시켜 극저온으로 인한 열 수축을 보상할 수 있으므로 스테인레스강으로 1차 멤브레인(15)을 제작하더라도 주름부를 마련하지 않을 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 멤브레인 결합부재(20a)를, 도 4에 도시된 바와 같이, 일체로 제작하여 하나의 멤브레인 결합부재(20a)에 1차 멤브레인(15)과 2차 멤브레인(17)을 용접 결합할 수도 있다.

이때 멤브레인 결합부재(20a)의 하측부는, 도 4에 도시된 바와 같이, 2차 단열박스(50)의 하측부에 마련되는 고정홈(31)에 삽입 고정될 수 있다. 또한, 멤브레인 결합부재(20a)는 1차 멤브레인(15)이 결합되는 영역과 2차 멤브레인(17)이 결합되는 영역을 별도로 제작한 후 각각이 접하는 영역을 용접 결합할 수도 있다.

이상에서 살펴 본 바와 같이 본 실시예는 멤브레인 결합부재에 결합되는 멤브레인 영역에 종래의 주름부의 곡률반경(R)과 대비하여 0.1~2R의 곡률 반경을 두어 인바보다 저렴한 가격으로 멤브레인을 제작할 수 있다.

또한, 인바 보다 가격이 낮은 극저온 소재로 멤브레인을 제작하면서도 주름부를 마련하지 않아도 되므로 재료비를 2배 이상 줄일 수 있고, 제작이 용이하여 생산성을 향상시킬 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 : 화물창 10 : 멤브레인
20 : 멤브레인 결합부재 30 : 단열박스
H : 선체의 내벽

Claims (8)

1. 선체의 내벽과 LNG가 저장되는 공간부 사이에 마련되어 LNG를 밀봉시키며, 주름부가 제거된 멤브레인; 및
   상기 LNG를 단열시키는 단열박스에 마련되며, 상기 멤브레인이 결합되는 멤브레인 결합부재를 포함하며,
   상기 멤브레인은 상기 멤브레인 결합부재에 결합되는 결합 영역에 곡선부를 가지고, 상기 곡선부의 곡률 반경은 상기 주름부의 곡률 반경(R)과 대비하여 0.1~2R을 갖는 것을 특징으로 하는 화물창.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 멤브레인은 스테인레스강으로 제작되는 것을 특징으로 하는 화물창.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 멤브레인은 상기 LNG를 1차작으로 밀봉시키는 1차 멤브레인을 포함하는 화물창.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 멤브레인 결합부재는,
   상기 단열박스에 일단부가 고정되는 수평부재; 및
   상기 수평부재에서 상기 멤브레인 방향으로 연장되는 수직부재를 포함하고,
   상기 멤브레인은 상기 수직부재에 용접 결합되는 것을 특징으로 하는 화물창.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 수평부재의 상기 일단부가 고정되는 상기 단열박스에는 고정홈이 마련되고,
   상기 일단부는 상기 고정홈에 삽입 고정되는 것을 특징으로 하는 화물창.
6. 청구항 3에 있어서,
   상기 단열박스는,
   상기 1차 멤브레인과 상기 선체의 내벽 사이에 마련되어 상기 LNG를 1차적으로 단열시키는 1차 단열박스; 및
   상기 1차 단열박스와 상기 선체의 내벽 사이에 마련되어 상기 LNG를 2차적으로 단열시키는 2차 단열박스를 포함하고,
   상기 멤브레인은,
   상기 1차 단열박스와 상기 2차 단열박스 사이에 마련되어 상기 LNG를 2차적으로 밀봉시키는 2차 멤브레인을 더 포함하는 화물창.
7. 선체의 내벽과 LNG가 저장되는 공간부 사이에 마련되어 상기 LNG를 밀봉시키되 주름부가 제거되고 양측부에 굴곡부가 마련되는 멤브레인을 포함하며, 상기 굴곡부의 곡률 반경은 상기 주름부의 곡률 반경(R)과 대비하여 0.1~2R을 갖는 것을 특징으로 하는 화물창.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 멤브레인은 스테인레스강으로 제작되는 것을 특징으로 하는 화물창.

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