KR20160027381A - 액화가스 화물창 - Google Patents

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KR20160027381A
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김대중
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양진혁
윤인근
이승연
임승범
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삼성중공업 주식회사
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    • F17C1/00—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge
    • F17C1/12—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge with provision for thermal insulation

Abstract

단열패널 구조를 포함하는 액화가스 화물창이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 화물창은 액화가스의 수용공간을 둘러싸는 주방벽과, 주방벽을 둘러싸며 액화가스를 외부로부터 단열하는 단열패널 어셈블리를 포함하고, 단열패널 어셈블리는 하부 단열패널과 하부 단열패널 상에 마련되어 하부 단열패널을 밀봉하는 보조방벽과 보조방벽 상에 적층되는 상부 단열패널과 하부 단열패널과 상부 단열패널을 고정하는 패널 고정유닛을 포함하고, 패널 고정유닛은 하부 단열패널에 고정되는 몸체부와 몸체부에 연결되고 보조방벽을 관통하여 상부 단열패널에 결합하는 돌출부재를 포함하며, 패널 고정유닛은 복수로 마련되어 상부 단열패널과 하부 단열패널이 상대적으로 회전하는 것을 방지하되 보조방벽의 열응력이 작용하는 방향으로 슬라이딩 가능하도록 마련된다.

Description

액화가스 화물창{CARGO FOR LIQUEFIED GAS}
본 발명은 액화가스 화물창에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단열패널 구조를 포함하는 액화가스 화물창에 관한 것이다.
액화가스(Liquefied Gas)는 기체를 냉각 또는 압축하여 액체로 만든 것으로, LNG(Liquefied Natural Gas)나 LPG(Liquefied Petroleum Gas) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있는 추세이다.
액화가스의 일 예인 액화천연가스(LNG)는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 -162°C로 냉각해 그 부피를 6백분의 1로 줄인 무색 투명한 초저온 액체를 말하며, 초저온 상태의 액화천연가스를 에너지로 이용하기 위해서 생산기지로부터 수요지의 인수지까지 대량으로 수송할 수 있는 효율적인 운송 방안이 검토되어 왔다. 이러한 노력의 일환으로 대량의 액화천연가스를 해상으로 수송할 수 있는 액화천연가스 수송선박이 개발되었다.
액화천연가스 수송선박에는 초저온상태로 액화시킨 액화천연가스를 보관 및 저장할 수 있는 화물창(Cargo)이 구비되어야 하는데, 이러한 화물창에 요구되는 조건이 매우 까다로워 많은 어려움이 있었다.
즉, 액화천연가스는 대기압 보다 높은 증기압을 가지며, 대략 -162°C 정도의 비등 온도를 갖기 때문에, 이러한 액화천연가스를 안전하게 보관하고 저장하기 위해서는 이를 저장하는 화물창은 초저온에 견딜 수 있는 재료, 예를 들면 알루미늄강, 스테인리스강, 35% 니켈강 등으로 제작되어야 하며, 기타 열응력 및 열수축에 강하고, 열침입을 막을 수 있는 독특한 단열패널 구조로 설계되어야 한다. 이러한 액화천연가스 수송선박의 화물창은 그 구조에 따라 독립형(self-supporting) 방식과 멤브레인(membrane) 방식으로 구분할 수 있다.
멤브레인 방식의 일 예로, 한국 공개특허공보 10-2012-0013233호 (2012.02.14.)는 액화천연가스 저장 탱크 및 그의 제조방법에 대하여 개시하고 있다.
한국 공개특허공보 10-2012-0013233호(2012.02.14.)
본 발명의 실시예는 상부 단열패널의 설치 시 상부 단열패널의 회전을 방지하는 동시에 보조방벽의 열응력을 해소할 수 있는 액화가스 화물창을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스의 수용공간을 둘러싸는 주방벽과, 상기 주방벽을 둘러싸며 액화가스를 외부로부터 단열하는 단열패널 어셈블리를 포함하는 액화가스 화물창에 있어서, 상기 단열패널 어셈블리는 하부 단열패널과, 상기 하부 단열패널 상에 마련되어 상기 하부 단열패널을 밀봉하는 보조방벽과, 상기 보조방벽 상에 적층되는 상부 단열패널과, 상기 하부 단열패널과 상기 상부 단열패널을 고정하는 패널 고정유닛을 포함하고, 상기 패널 고정유닛은 상기 하부 단열패널에 고정되는 몸체부와, 상기 몸체부에 연결되고 상기 보조방벽을 관통하여 상기 상부 단열패널에 결합하는 돌출부재를 포함하며, 상기 패널 고정유닛은 복수로 마련되어 상기 상부 단열패널과 상기 하부 단열패널이 상대적으로 회전하는 것을 방지하되, 상기 보조방벽의 열응력이 작용하는 방향으로 슬라이딩 가능하도록 마련되는 액화가스 화물창이 제공될 수 있다.
상기 하나의 상부 단열패널은 상기 하나의 하부 단열패널과 일대일로 고정되는 액화가스 화물창이 제공될 수 있다.
상기 하부 단열패널은 제1방향과 제2방향으로 각각 인접하도록 격자형으로 배치되고, 상기 상부 단열패널은 제1방향과 제2방향으로 각각 인접하도록 격자형으로 배치되며, 상기 패널 고정유닛은 상기 하부 단열패널의 중앙부에서 일정 거리 떨어져서 마련되는 한 쌍을 포함하는 액화가스 화물창이 제공될 수 있다.
상기 하부 단열패널과 상기 상부 단열패널은 같은 너비방향 형상을 가지도록 마련되어 상기 하부 단열패널의 모서리와 상기 상부 단열패널의 모서리가 동일 수직선상에 위치하는 액화가스 화물창이 제공될 수 있다.
상기 돌출부재가 관통하는 상기 보조방벽의 홀과 상기 패널 고정유닛의 몸체부는 용접 결합되어 상기 보조방벽의 기밀성을 유지하고, 상기 몸체부는 상기 보조방벽의 열변형을 허용하도록 상기 보조방벽과 함께 이동 가능한 액화가스 화물창이 제공될 수 있다.
상기 패널 고정유닛의 몸체부는 상기 몸체부의 외곽 일부를 덮으면서 상기 하부 단열패널에 결합되는 커버부에 의해 상기 하부 단열패널에 고정되는 액화가스 화물창이 제공될 수 있다.
상기 패널 고정유닛은 상기 하부 단열패널 상에 적층되는 하부 보강패널에 결합하고, 상기 하부 보강패널에는 상기 몸체부를 수용하는 몸체부 수용홈과, 상기 커버부를 수용하는 커버부 수용홈이 형성되되, 상기 몸체부 수용홈은 상기 몸체부가 상기 보조방벽의 열응력이 작용하는 방향으로 슬라이딩 가능하도록 허용하는 액화가스 화물창이 제공될 수 있다.
상기 몸체부는 상기 커버부에 의해 덮이는 외곽부와 상기 돌출부재가 연결되는 중앙부 사이에 형성되는 단차를 포함하고, 상기 몸체부의 중앙부 상부와 상기 커버부의 상부와 상기 하부 보강패널의 상부는 동일평면을 이루는 액화가스 화물창이 제공될 수 있다.
상기 몸체부는 상기 커버부에 의해 덮이는 외곽부와 상기 돌출부재가 연결되는 중앙부 사이에 형성되는 단차를 포함하고, 상기 하부 보강패널의 몸체부 수용홈에 수용되는 몸체부의 외곽부는 상기 몸체부 수용홈 내부에 유격이 마련되도록 설치되고, 상기 커버부의 개구에 수용되는 몸체부의 중앙부는 상기 커버부의 개구 내부에 유격이 마련되도록 설치되는 액화가스 화물창이 제공될 수 있다.
상기 하부 단열패널은 제1방향과 제2방향으로 각각 인접하도록 격자형으로 배치되고, 상기 상부 단열패널은 제1방향과 제2방향으로 각각 인접하도록 격자형으로 배치되고, 상기 보조방벽은 제1방향과 제2방향으로 배치되는 주름부를 포함하며, 상기 하부 단열패널과 상기 상부 단열패널은 같은 너비방향 형상을 가지도록 마련되어 상기 하부 단열패널의 모서리와 상기 상부 단열패널의 모서리가 동일 수직선상에 위치하되, 상기 주름부는 상기 상기 하부 단열패널의 모서리에 대응되도록 배치되는 액화가스 화물창이 제공될 수 있다.
상기 주름부는 상기 하부 단열패널을 향해 볼록하도록 돌출되고, 상기 하부 단열패널 상부의 모서리에는 상기 주름부를 수용하도록 챔퍼가 형성되는 액화가스 화물창이 제공될 수 있다.
상기 주름부는 상기 상부 단열패널을 향해 볼록하도록 돌출되고, 상기 상부 단열패널 하부의 모서리에는 상기 주름부를 수용하도록 챔퍼가 형성되는 액화가스 화물창이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 액화가스 화물창은 상부 단열패널과 하부 단열패널이 복수의 패널 고정유닛을 이용하여 고정되기 때문에 상부 단열패널이 하부 단열패널 상에서 상대적으로 회전하는 것을 방지할 수 있으며, 이로 인해 제조공정의 편의성이 향상된다.
또한, 하부 단열패널과 상부 단열패널을 일대일로 고정함으로써 공정상의 오차에 유연하게 대처할 수 있다.
또한, 패널 고정유닛은 슬라이딩 가능하도록 마련되어 패널 고정유닛이 하부 단열패널의 중심점에서 벗어나 위치함으로 인하여 발생하는 보조방벽의 열응력을 해소할 수 있다.
또한, 하부 단열패널과 상부 단열패널의 모서리가 동일 수직선상에 위치하도록 함으로써 보조방벽의 주름부가 하부 단열패널의 경계 또는 상부 단열패널의 경계에 수용되도록 하여 단열패널에 별도의 주름부 수용홈을 제작하는 것을 피할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 화물창의 구조를 나타내기 위해 부분 조립한 모습의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 화물창의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 3은 보조방벽의 결합모습을 나타내는 분해사시도이다.
도 4는 도 3의 확대도이다.
도 5는 상부 단열패널의 결합모습을 나타내는 단면도이다.
도 6은 패널 고정유닛을 나타내는 사시도이다.
도 7 내지 도 8은 패널 고정유닛의 슬라이딩 이동을 나타내는 것으로,
도 7은 이동 전의 모습을, 도 8은 이동 후의 모습을 나타내는 단면도이다.
도 9는 주방벽의 결합모습을 나타내는 사시도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액화가스 화물창의 구조를 나타내는 단면도이다.
이하에서는 본 발명의 실시예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
이하에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명의 실시예에 따른 액화가스 화물창은 초저온의 액화가스(Liquefied gas)를 저장 및/또는 운반하는 데 사용할 수 있다. 액화가스는 기체를 냉각 또는 압축하여 액체로 만든 것으로, 액화천연가스(LNG: Liquefied Natural Gas)와, 액화석유가스(LPG: Liquefied Petroleum Gas)와, 디메틸에테르(DME: Dimethyl Ether) 등을 포함한다.
액화가스 화물창은 LNG 운반선, LNG RV(Regasification Vessel) 운반선, LPG 운반선, 또는 에틸렌(Ethylene) 운반선 등 액화가스 화물을 운송하는 운반선과, FSRU(Floating Storage Regasification Unit), FPSO(Floating Production Storage Offloading), 또는 BMPP(Barge Mounted Power Plant) 등 액화가스 화물을 저장 또는 생산하거나 혹은 기화설비를 갖춘 해상 부유설비에 적용된다. 또한, 액화가스 화물창은 해상에 설치되는 설비뿐만 아니라 육지에 설치되어 액화가스를 저장 또는 생산하기 위한 설비에 사용되는 것을 포함한다.
이하에서는 액화가스 화물창 중 멤브레인 타입의 화물창을 일 예로 하여 설명하도록 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 화물창의 구조를 나타내기 위해 부분 조립한 모습의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 화물창의 구조를 나타내는 단면도이다.
도면을 참고하면, 액화가스 화물창은 액화가스를 수용할 수 있는 공간을 둘러싸며 액화가스와 직접 접촉하는 주방벽(50)과, 주방벽(50)을 둘러싸며 액화가스를 외부로부터 단열하는 단열패널 어셈블리와, 단열패널 어셈블리를 둘러싸며 견고하게 지지하는 외벽(10)을 포함한다.
주방벽(50)은 저장유체가 수용되는 저장공간을 밀봉하기 위한 것으로, 기밀성(또는 수밀성)이 요구된다. 액화가스는 비등점 이하의 초저온으로 유지될 수 있기 때문에 액체 상태로 저장되는 것이 보통이다. 그러나 온도 또는 압력의 변화에 따라 일부 액화가스의 기화가 발생할 수 있으며, 이 경우 화물창 내부의 압력은 크게 증가한다. 이러한 압력의 증가 등으로 주방벽(50)이 침투되는 경우에는 액체 또는 기체 상태의 액화가스가 단열패널 어셈블리에 유입될 수 있다. 유입된 액화가스는 온도가 상승함에 따라 부피가 급격하게 팽창하고, 단열패널 어셈블리를 손상시키게 된다. 화물창의 손상은 수선에 막대한 시간과 비용을 지출케 하므로 방벽의 기밀성은 매우 중요하게 취급된다.
주방벽(50)은 초저온 상태에서도 물리적 및 화학적 상태를 유지할 수 있도록, 인바 합금(INVAR), 스테인리스강(SUS), 또는 알루미늄 합금 등의 금속재료를 이용할 수 있다. 주방벽(50)은 다수의 주방벽(50) 시트(sheet)가 연결되어 형성될 수 있으며, 기밀성을 유지하기 위하여 서로 간에 용접으로 결합될 수 있다.
주방벽(50)을 용접하는 방법으로는 관련 기술분야에서 사용되는 다양한 용접방법이 사용될 수 있으며, 겹치기용접 또는 맞대기용접을 포함한다. 또한, 용접 품질을 향상시키면서도 작업편차를 줄여 균일한 품질을 얻기 위하여 레이저용접 또는 플라즈마 용접 등의 방법을 사용하는 자동용접장치를 이용할 수도 있다. 이상의 겹치기용접, 맞대기용접, 레이저용접, 또는 플라즈마 용접 등은 관련 기술분야에서 널리 알려진 기술이므로 자세한 설명을 생략하도록 한다.
주방벽(50)은 초저온의 저장유체와 직접 접촉하기 때문에 급격한 수축 및 팽창에 노출되어 있다. 주방벽(50)은 열수축과 열팽창이 반복되면서 피로가 누적되어 파괴되거나 열수축 발생 시 용접 부위가 파손되어 기밀성이 훼손될 수 있다. 이러한 문제 때문에, 주방벽(50)은 낮은 면강성(In-plane stiffness)을 갖기 위해 주름부(51)(corrugation)를 포함한다. 주름부(51)는 열응력에 대응하여 형상이 탄력적으로 변형됨으로써 용접 부위에서의 열응력을 줄여준다.
주방벽(50)은 서로 다른 방향으로 배치되는 제1주름부(51-1) 및 제2주름부(51-2)와, 두 주름부(51)가 교차되는 교차부(52)를 포함한다. 주방벽(50)의 면내 방향으로 작용하는 열응력은 두 방향의 주름부(51)에 의해 해소될 수 있다. 즉, 제1주름부(51-1)의 길이 방향으로 작용하는 열응력은 제2주름부(51-2)의 신축성에 의해 해소되고, 제2주름부(51-2)의 길이 방향으로 작용하는 열응력은 제1주름부(51-1)의 신축성에 의해 해소될 수 있다.
도면에는 수직하게 배치되는 두 방향의 주름부(51)를 도시하였지만, 필요에 따라 세 방향 이상의 주름부를 포함할 수 있다. 일 예로, 세 방향의 주름부는 서로 60도의 각도를 두고 배치될 수 있다.
단열패널 어셈블리는 평면부에 설치되는 단열패널 어셈블리와 코너부에 설치되는 단열패널 어셈블리를 포함한다. 코너부는 서로 다른 각으로 배치되는 평면부를 연결하며, 서로 다른 두 방향의 단열패널이 연결되는 모서리부와, 서로 다른 세 방향의 단열패널이 연결되는 꼭지점부를 포함한다. 이하에서는 평면부에 설치되는 단열패널 어셈블리를 기본으로 하여 설명도록 한다.
단열패널(20, 30)은 일반적으로 폴리우레탄폼(PUF, Polyurethane Form) 또는 강화 폴리우레탄폼(R-PUF, Reinforced PUF) 등과 같이 단열성능이 우수하면서도 경량인 재료를 이용할 수 있으며, 저장유체를 외부와 단열시켜 초저온 상태로 유지할 수 있다. 단열패널 어셈블리는 단열성능의 향상 및 수선의 용이성 등의 목적으로 상부 단열패널(30)과 하부 단열패널(20)을 포함하는 2중 단열구조로 이루어지는 것이 일반적이다.
외벽(10)으로는 이너 헐(inner hull)이 사용될 수 있으며 저장유체의 하중을 지지한다. 외벽(10)에는 하부 단열패널(20)이 고정될 수 있다.
하부 단열패널(20)은 외벽(10)에 견고하게 고정될 수 있도록 저면에 하부 제1보강패널(21)이 결합될 수 있으며, 스터드 볼트(12) 등을 포함하는 다양한 고정부재에 의해 외벽(10)과 결합할 수 있다. 하부 제1보강패널(21)은 플라이우드(plywood) 등을 사용할 수 있으며, 에폭시 글루(epoxy glue) 등과 같은 접착제를 사용하여 하부 단열패널(20)의 저면에 부착될 수 있다.
단열패널 어셈블리는 상부 단열패널(30)과 하부 단열패널(20) 사이에 개재되는 보조방벽(40)을 포함할 수 있다. 보조방벽(40)은 주방벽(50)이 침투되었을 경우 하부 단열패널(20)을 보호하여 수선에 요구되는 시간과 비용을 크게 절감할 수 있다.
보조방벽(40)은 주방벽(50)과 동일하게 인바 합금(INVAR), 스테인리스강(SUS), 또는 알루미늄 합금 등의 금속재료를 이용하거나, 리지드 트리플렉스(rigid triplex)와 서플 트리플렉스(supple triplex)를 이용할 수 있다.
보조방벽(40)을 하부 단열패널(20)에 결합하는 방법의 차이에 따라 접착식 제작방법과 용접식 제작방법이 사용된다. 도면에 도시되지는 않았지만, 접착식 제작방법은 하부 단열패널(20) 상에 에폭시 글루 등의 접착제를 사용하여 리지드 트리플렉스를 부착하고, 인접하는 리지드 트리플렉스 사이를 서플 트리플렉스로 연결하여 마감함으로써 밀봉상태를 완성할 수 있다. 이 때 셔플 트리플렉스 역시 접착제에 의해 리지드 트리플렉스 상에 부착될 수 있다.
이하 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 화물창 및 그 제작방법에 대하여 설명하도록 한다. 아래의 설명에서는 도 1 내지 도 9를 참고하도록 한다.
우선 도 1과 도 2를 참고하여 하부 단열패널(20)의 설치 과정에 대하여 설명하도록 한다.
하부 단열패널(20)은 저면에 접착되는 하부 제1보강패널(21)을 매개로 하여 외벽(10)에 결합될 수 있다. 외벽(10)에는 하부 단열패널(20)을 결합하기 위한 스터드 볼트(12)가 용접될 수 있다. 또한, 하부 단열패널(20)과 하부 제1보강패널(21)에는 스터드 볼트(12)가 관통될 수 있도록 관통홀(20a, 21a)이 형성된다. 이 때 하부 제1보강패널(21)에 형성되는 관통홀(21a)의 직경은 하부 단열패널(20)에 형성되는 관통홀(20a)의 직경보다 작게 마련될 수 있다.
스터드 볼트(12)는 하부 단열패널(20)의 코너부에 형성되는 관통홀(20a)에 삽입되어 너트와 결합하고, 너트는 스터드 볼트(12)와 결합함으로써 하부 제1보강패널(21)을 구속한다. 결과적으로 하부 제1보강패널(21)이 부착된 하부 단열패널(20)이 외벽(10)에 결합된다. 이 때, 단열성능을 유지하기 위하여 관통홀(20a)에는 폼 플러그(20b)가 삽입될 수 있다.
또한, 하부 제1보강패널(21)과 외벽(10) 사이에는 접착력을 가지는 매스틱(mastic, 11) 및/또는 단차를 조절하기 위한 레벨패드(13) 등이 개재될 수 있다. 특히 매스틱(11)은 접착력과 탄성을 동시에 가지기 때문에, 외벽(10)과 하부 단열패널(20)을 결합함과 동시에 상호간에 전달되는 충격을 완화할 수 있다.
복수의 하부 단열패널(20)들은 서로 인접하여 배치될 수 있고, 일 예로 격자형으로 배치될 수 있다. 격자형으로 배치된다는 것은 하부 단열패널(20)들이 제1방향으로 인접하여 배치되는 것뿐만 아니라 제2방향으로도 인접하여 배치되는 것을 의미한다.
인접하는 하부 단열패널(20) 사이에는 하부 조인트(23)가 삽입될 수 있다. 하부 조인트(23)는 하부 단열패널(20) 사이의 간극을 충진할 수 있는 단열재일 수 있으며, 글라스 울(glass wool) 등이 사용될 수 있다. 하부 조인트(23)는 하부 단열패널(20)이 설치된 후에 삽입되거나, 하부 단열패널(20)의 측부에 부착된 상태로 설치될 수 있다.
다음으로 도 3과 도 4를 참고하여 하부 단열패널(20) 상에 보조방벽(40)을 설치하는 과정에 대하여 설명하도록 한다. 도 3은 보조방벽의 결합모습을 나타내는 분해사시도이고, 도 4는 도 3의 확대도이다.
하부 단열패널(20)의 상부에는 보조방벽(40) 설치를 위해 하부 제2보강패널(22)이 적층될 수 있다. 하부 제2보강패널(22)은 플라이우드(plywood) 등을 사용할 수 있으며, 에폭시 글루(epoxy glue) 등과 같은 접착제를 사용하여 하부 단열패널(20)에 부착될 수 있다.
하부 단열패널(20)의 상부에는 보조방벽 연결부재(24)가 마련될 수 있다. 특히, 하부 제2보강패널(22)이 마련되는 경우 보조방벽 연결부재(24)는 하부 제2보강패널(22)의 상면에 결합할 수 있다. 보조방벽 연결부재(24)는 SUS 등의 금속재질로 마련되어 보조방벽(40)과 용접 결합될 수 있으며, 리벳(24a) 등에 의하여 하부 제2보강패널(22)과 기계적으로 결합할 수 있다. 보조방벽 연결부재(24)는 하부 제2보강패널(22)에 형성되는 홈(22a)에 수용되어 하부 제2보강패널(22)의 상면으로 돌출되지 않을 수 있다.
또한, 보조방벽 연결부재(24)는 스트립(strip) 형상으로 마련될 수 있으며, 서로 다른 방향으로 배열되어 교차부를 형성할 수 있다. 일 예로, 서로 직교하는 두 방향의 스트립 형상으로 마련될 수 있다. 보조방벽 연결부재(24)는 마주보는 하부 단열패널(20)의 모서리에 평행하게 마련될 수 있다. 또한, 보조방벽 연결부재(24)는 하나의 스트립으로 마련되거나 여러 개의 스트립이 연속적으로 연결되도록 마련될 수 있다.
하부 단열패널(20)의 상부에는 상부 단열패널(30)을 고정하는 패널 고정유닛(25)이 마련될 수 있다. 특히, 하부 제2보강패널(22)이 마련되는 경우 패널 고정유닛(25)은 하부 제2보강패널(22)의 상면에 리벳(25d) 등에 의해 결합할 수 있다. 이하 패널 고정유닛(25)이 하부 제2보강패널(22)에 결합하는 경우를 예로 들어 설명하도록 한다.
패널 고정유닛(25)은 하부 제2보강패널(22)에 고정되는 몸체부(25a)와, 몸체부(25a)에 연결되고 보조방벽(40)을 관통하여 상부 단열패널(30)에 결합하는 돌출부재(25b)와, 몸체부(25a)의 외곽 일부를 덮으면서 하부 제2보강패널(22)에 결합되는 커버부(25c)를 포함할 수 있다. 커버부(25c)는 리벳(25d) 등에 의하여 하부 제2보강패널(22)과 기계적으로 결합할 수 있다.
하부 제2보강패널(22)의 상부에는 몸체부(25a)를 수용하는 몸체부 수용홈(22b)과, 커버부(25c)를 수용하는 커버부 수용홈(22c)이 형성될 수 있으며, 커버부 수용홈(22c)은 몸체부 수용홈(22b)의 외곽에 마련될 수 있다. 한편, 몸체부 수용홈(22b)은 커버부 수용홈(22c) 보다 깊게 형성될 수 있다.
몸체부(25a)는 돌출부재(25b)가 연결되는 중앙부와 외곽부 사이에 형성되는 단차를 포함할 수 있다. 몸체부(25a)의 중앙부는 커버부(25c)의 개구에 수용되고, 몸체부(25a)의 외곽부는 커버부(25c)에 의해 덮일 수 있다. 커버부(25c)는 커버부 수용홈(22b)에 삽입되어 몸체부(25a)의 외곽부를 높이 방향으로 구속하여 몸체부(25a)가 하부 제2보강패널(22)로부터 이탈하는 것을 방지한다.
이 때 몸체부(25a)의 외곽부 높이(또는 두께)는 커버부 수용홈(22c)에서 몸체부 수용홈(22b)이 요입된 깊이와 같을 수 있다. 따라서 몸체부(25a)가 몸체부 수용홈(22b)에 삽입되는 경우 몸체부(25a) 외곽부의 상면과 커버부 수용홈(22b)의 상면이 동일 평면상에 마련될 수 있다.
또한, 커버부(25c)의 높이는 커버부 수용홈(22b)이 요입된 깊이와 같을 수 있다. 따라서 커버부(25c)가 커버부 수용홈(22b)에 삽입되는 경우 커버부(25c)의 상면과 하부 제2보강패널(22)의 상면이 동일 평면상에 마련될 수 있다. 하부 제2보강패널(22)의 상면에는 보조방벽(40)이 밀착하여 적층될 수 있다. 따라서 커버부(25c)가 하부 제2보강패널(22)의 상부로 돌출되지 않는 것이 바람직하다.
한편, 몸체부(25a)의 중앙부와 외곽부의 높이 차이는 커버부(25c)의 두께와 같을 수 있다. 따라서 몸체부(25a)의 중앙부 상면과 커버부(25c)의 상면과 하부 제2보강패널(22)의 상면이 모두 동일 평면상에 마련될 수 있다. 보조방벽(40)에는 돌출부재(25b)가 관통되는 관통홀(40a)이 형성되며, 보조방벽(40)을 밀봉하기 위하여 관통홀(40a)과 패널 고정유닛(25)(더 자세하게는 몸체부(25a))을 용접할 수 있다. 이 때, 보조방벽(40)이 몸체부(25a)의 중앙부 상면과 밀착하는 경우 보조방벽(40)의 밀봉을 위한 용접이 용이할 수 있다.
돌출부재(25b)는 몸체부(25a)에 연결되는 스터드 볼트일 수 있다. 돌출부재(25b)에 대하여는 상부 단열패널(30)의 결합을 설명하면서 더 상세히 설명하도록 한다.
하부 단열패널(20)은 위에서 바라볼 때 정사각형 형상일 수 있으며, 작업자가 수작업으로 작업할 수 있을 정도의 무게와 크기인 것이 바람직하다. 하부 단열패널(20)이 크고 무거울 경우 기계적인 장비를 이용하여 작업하여야 하는데, 이는 제작공정에서 소요되는 비용과 시간을 증가시키게 된다. 또한, 하부 단열패널(20)의 경우 저면에 매스틱(11)이 부착된 상태로 작업되는 것이 보통이기 때문에 기계적인 장비를 사용하는 경우 효율이 저하될 우려가 있다.
일 예로, 본 발명의 실시예에 따른 하부 단열패널(20)은 약 1000mm*1000mm 크기의 강화 폴리우레탄폼(R-PUF)을 사용하면서도 무게는 20kg 안팎일 수 있다. 따라서 2명의 작업자가 진공 그립퍼(vacuum gripper) 등을 이용하여 수작업으로 작업 가능하다.
보조방벽 연결부재(24)는 인접하는 보조방벽 연결부재(24)와 연결(직접 연결되지 않고 가상의 연장선에 의해 연결되는 것을 포함)되어 하나의 닫힌 도형을 형성한다. 도면에는 8개의 하부 단열패널(20)이 인접하여 배치되고, 하부 단열패널(20)에 마련되는 보조방벽 연결부재(24)에 의해 직사각형 형상의 닫힌 도형이 형성되는 것이 도시된다.
보조방벽(40)을 구성하는 하나의 보조방벽(40) 시트(sheet)는 보조방벽 연결부재(24)에 의해 형성되는 닫힌 도형의 형상에 대응하는 형상일 수 있다. 보조방벽(40) 시트의 4 모서리는 각각 보조방벽 연결부재(24)에 겹쳐지도록 배치되어 고정될 수 있다. 일 예로, 보조방벽(40) 시트는 보조방벽 연결부재(24)에 가용접(tack welding) 방식으로 고정될 수 있다.
하나의 보조방벽(40) 시트가 고정된 후 인접하는 일 측면에 다른 보조방벽(40) 시트가 고정될 수 있다. 이 때 미리 설치된 보조방벽(40) 시트와 인접하는 보조방벽(40) 시트의 4 모서리 중 하나의 모서리는 미리 설치된 보조방벽(40) 시트와 겹쳐지도록 배치되고 다른 3 모서리는 보조방벽 연결부재(24) 상에 배치되어 고정될 수 있다. 일 예로, 보조방벽(40) 시트와 보조방벽(40) 시트의 고정 및 보조방벽(40) 시트와 보조방벽 연결부재(24)의 고정은 가용접(tack welding) 방식을 사용할 수 있다.
위의 설치 과정을 연속적으로 수행하여 하부 단열패널(20) 상에 보조방벽(40) 시트를 모두 고정한다. 그러나 아직은 인접하는 보조방벽(40) 시트 사이에 가용접만 된 상태이기 때문에 기밀성을 유지하기 위하여 본 용접을 하여야 한다.
인접하는 보조방벽(40) 시트의 양 모서리는 겹치기 용접 또는 맞대기 용접에 의해 본 용접됨으로써 기밀성을 확보할 수 있다. 이 때 사용될 수 있는 용접방법은 관련 기술분야에서 사용되는 다양한 용접방법이 사용될 수 있다. 또한, 용접 품질을 향상시키면서도 작업편차를 줄여 균일한 품질을 얻기 위하여 레이저용접 또는 플라즈마 용접 등의 방법을 사용하는 자동용접장치를 이용할 수도 있다. 이상의 겹치기용접, 맞대기용접, 레이저용접, 또는 플라즈마 용접 등은 관련 기술분야에서 널리 알려진 기술이므로 자세한 설명을 생략하도록 한다.
한편, 보조방벽 연결부재(24)는 인접하는 보조방벽(40) 시트끼리 용접할 때 용접선(또는 용접심)의 하부에 위치함으로써 용접열에 의해 보조방벽(40) 시트가 변형되는 것을 방지할 수 있다. 특히 플라즈마 용접이 사용되는 경우 고열에 의해 발생할 수 있는 보조방벽(40) 시트의 변형을 방지할 수 있다. 이 때 보조방벽(40) 시트끼리 겹치기 용접 또는 맞대기 용접하는 과정에서 용접열이 보조방벽 연결부재(24)에까지 전달되어 하부의 보조방벽 연결부재(24)와 그 상부에 위치하는 보조방벽(40) 시트가 서로 용접될 수도 있다.
보조방벽(40)은 저장유체와의 사이에 상부 단열패널(30)이 위치하기 때문에 주방벽(50)처럼 열변형이 크게 발생하지는 않더라도 어느 정도의 열변형은 피할 수 없다. 실제로 보조방벽과 하부 단열패널을 접착하여 결합하는 접착식 제작방법의 경우 보조방벽의 수축 및 팽창에 의해 하부 단열패널과의 접착면에 스트레스가 작용하여 접착 품질이 불량해지는 문제가 보고되곤 한다.
보조방벽(40)은 낮은 면강성(In-plane stiffness)을 갖기 위해 주름부(41)(corrugation)를 포함할 수 있다. 주름부(41)는 열응력에 대응하여 형상이 탄력적으로 변형됨으로써 용접 부위에서의 열응력을 줄여준다.
보조방벽(40)은 서로 다른 방향으로 배치되는 제1주름부(41-1) 및 제2주름부(41-2)와, 두 주름부(41)가 교차되는 교차부(42)를 포함한다. 보조방벽(40)의 면내 방향으로 작용하는 열응력은 두 방향의 주름부(41)에 의해 해소될 수 있다. 즉, 제1주름부(41-1)의 길이 방향으로 작용하는 열응력은 제2주름부(41-2)의 신축성에 의해 해소되고, 제2주름부(41-2)의 길이 방향으로 작용하는 열응력은 제1주름부(411-)의 신축성에 의해 해소될 수 있다.
도면에는 수직하게 배치되는 두 방향의 주름부(41)를 도시하였지만, 필요에 따라 세 방향 이상의 주름부를 포함할 수 있다. 일 예로, 세 방향의 주름부는 서로 60도의 각도를 두고 배치될 수 있다.
보조방벽(40)에 마련되는 주름부(41)는 하부 단열패널(20)을 향해 아래로 볼록할 수 있으며, 인접하는 두 하부 단열패널(20)의 경계에 위치할 수 있다. 이 때 하부 단열패널(20) 상부의 모서리에는 주름부(41)를 수용할 수 있도록 챔퍼(chamfer)가 형성되어 주름부(41)와의 간섭을 피할 수 있다.
보조방벽(40) 시트는 다수의 하부 단열패널(20)에 걸쳐질 수 있도록 마련될 수 있다. 하부 단열패널(20)에 걸쳐진다는 의미는 완전히 뒤덮는 경우와 일부만 덮는 경우를 포함한다. 도면에는 하나의 보조방벽(40) 시트가 8개의 하부 단열패널(20) 상에 걸치도록 마련되는 것이 도시된다.
한편, 보조방벽(40) 시트의 모서리는 하부 단열패널(20)의 중심으로부터 벗어나도록 안착된다. 보조방벽(40) 시트의 모서리는 보조방벽 연결부재(24) 및/또는 인접하는 보조방벽(40) 시트의 모서리와 용접되어야 하기 때문에 하부 단열패널(20)의 중앙부에 위치하는 패널 고정유닛(25)과 겹쳐지지 않도록 하기 위함이다. 보조방벽(40) 시트와 패널 고정유닛(25)의 간섭은 보조방벽(40) 시트에 돌출부재(25b)가 관통되는 관통홀(40a)을 형성함으로써 방지할 수 있음은 앞에서 설명하였다.
보조방벽(40) 시트의 한 변의 길이(L)는 보조방벽(40) 시트가 덮는 하부 단열패널(20)의 개수(n)에서 하나를 뺀 개수(n-1)에 하부 단열패널(20)의 길이(D)를 곱한 만큼보다 약간 크거나 작을 수 있다. 보조방벽(40) 시트의 정확한 변의 길이(L)는 인접하는 하부 단열패널(20) 사이에 이격된 거리와, 보조방벽(40) 시트가 겹치기 용접 될 때 겹쳐지는 간격에 의해 결정될 수 있다. 도면에서 하부 단열패널(20)의 한 변의 길이를 a라고 할 때, 보조방벽(40)의 긴 변의 길이는 3a 보다 약간 크고, 작은 변의 길이는 a 보다 약간 클 것이다.
보조방벽(40) 시트에는 하부 단열패널(20) 사이의 경계에 수용되는 주름부(41)가 마련된다. 주름부(41)는 프레스 공법 등에 의해 형성될 수 있다. 도면에는 보조방벽(40)의 긴 변에는 3개의 주름부가 형성되고, 작은 변에는 1개의 주름부가 형성되는 것이 도시된다.
위의 설명들을 종합하면, 보조방벽(40) 시트에는 보조방벽(40) 시트가 덮는 하부 단열패널(20) 사이의 경계에 대응하는 주름부(41)가 형성되고, 교차부(42)는 시트의 한 변의 중심을 기준으로 한 방향으로 치우쳐져 위치한다. 이에 따라 돌출부재(25b)가 관통되는 관통홀(40a) 역시 시트의 한 변의 중심을 기준으로 반대 방향으로 치우쳐서 위치한다.
이상에서 살펴본 특징 중, 패널 고정유닛(25)이 하부 단열패널(20)의 중심에 위치한다는 점, 보조방벽 연결부재(24)가 하부 단열패널(20)의 모서리에 평행하게 위치하되 패널 고정유닛(25)으로부터 이격되도록 중심에서 벗어나 위치한다는 점, 보조방벽(40)이 복수의 하부 단열패널(20)이 연결되어 형성되는 보조방벽 연결부재(24)의 닫힌 도형에 대응하는 형상으로 마련된다는 점, 보조방벽(40)에는 인접하는 하부 단열패널(20)의 경계에 수용되는 주름부(41)가 마련되되 4개의 하부 단열패널(20)이 만나는 부분에는 제1주름부(41-1)와 제2주름부(41-2)가 교차하는 교차부(42)가 마련된다는 점, 및 보조방벽(40)에는 패널 고정유닛(25)의 돌출부재(25b)가 관통될 수 있는 관통홀(40a)이 마련된다는 점은 제작을 용이하게 하고 제작 시간을 단축시킬 수 있는 특징이다.
위와 같은 특징들로 인해 하부 제1보강패널(21) 및 하부 제2보강패널(22)이 적층되고 보조방벽 연결부재(24) 및 패널 고정유닛(25)이 설치된 복수의 하부 단열패널(20)을 외벽(10)에 설치하고, 복수의 보조방벽(40) 시트를 보조방벽 연결부재(24)에 고정하고, 보조방벽(40) 시트끼리 용접하는 방법에 의해 설치할 수 있어 제작공정이 매우 쉽고 단순해 진다. 이 때, 보조방벽(40) 시트는 서로 동일한 형상으로 마련되는 시트들을 사용할 수 있다는 점에서도 제작의 편의성이 증대될 수 있다.
보조방벽(40) 시트와 보조방벽(40) 시트의 본 용접은 자동용접장치를 이용할 수 있다. 특히 보조방벽(40)의 주름부의 용접 역시 자동용접장치를 이용할 수 있다. 이 때, 얇은 두께의 보조방벽(40) 시트와 보조방벽(40) 시트를 용접하기 위해 작업자가 수작업으로 용접을 진행하거나 자동용접장치를 이용하기 위해서는 두 보조방벽(40) 시트를 밀착시키는 핏업(Fit-Up) 작업이 필요하다. 특히 자동용접장치를 이용하는 경우 핏업 작업이 중요하다.
핏업 작업은 하부 단열패널(20) 상에 고정 설치되는 핏업지그(Fit-Up Zig, 미도시)에 의해 수행될 수 있다. 핏업지그는 패널 고정유닛(25)에 돌출되는 스터드 볼트에 결합하거나 흡착식에 의해 보조방벽(40) 시트 상에 고정될 수 있다.
작업자는 핏업지그를 이용하여 위에 덮이는 보조방벽(40) 시트를 누르거나 아래에 깔린 보조방벽(40) 시트를 들어올리는 동작에 의해 두 보조방벽(40) 시트를 밀착 시킬 수 있다. 이 때, 아래에 깔린 보조방벽(40) 시트를 들어올리기 위해서는 흡착 방식과 접착 방식 등이 이용될 수 있다.
보통 보조방벽(40) 시트를 핏업한 후에 가용접을 수행하여 두 보조방벽(40) 시트를 서로 고정한다. 서로 고정된 보조방벽(40) 시트는 자동용접장치에 의하여 용접되기 용이하다. 특히 곡선부를 포함하는 주름부의 경우 자동용접장치에 의한 용접품질을 향상시키기 위해서는 정교한 핏업 작업이 요구된다.
자동용접장치는 하부 단열패널(20)에 고정되도록 설치되는 레일을 따라 이동하면서 용접을 수행한다. 따라서 자동용접장치를 이용하기 위해서는 용접선 주위에 레일을 고정 설치하는 작업이 필요하다.
본 발명의 실시예에 따른 액화가스 화물창을 제조하는 방법에서는 하부 단열패널(20)과 상부 단열패널(30)을 고정하기 위한 패널 고정유닛(25)을 이용하여 레일을 고정 설치할 수 있다. 앞서 패널 고정유닛(25)에 상부 단열패널(30)을 고정하기 위하여 돌출되는 돌출부재(25b)가 설치될 수 있음을 설명한 바 있다. 자동용접장치의 레일은 패널 고정유닛(25)의 돌출부재(25b)에 결합되어 고정될 수 있으며, 패널 고정유닛(25)에 별도로 마련되는 다른 형상의 결합부재(미도시)에 결합될 수도 있다.
도면을 참고하면, 하부 단열패널(20)의 중앙부에 패널 고정유닛(25)이 마련되고, 패널 고정유닛(25)의 측부에 보조방벽 연결부재(24)가 마련될 수 있다. 한편, 도면과 달리 보조방벽 연결부재(24)와 패널 고정유닛(25)이 이격되지 않고 접촉하여도 무방하다.
다음으로 자동용접장치를 이용하여 보조방벽(40) 시트를 용접하는 방법에 대하여 설명하도록 한다.
앞에서 보조방벽(40) 시트가 보조방벽 연결부재(24)에 가용접되고, 인접하는 보조방벽(40) 시트끼리 가용접되어 고정되는 것에 대하여 설명한 바 있다. 이제 두 보조방벽(40) 시트가 겹쳐지거나 맞닿는 선(용접선)을 따라 본 용접을 수행하면 보조방벽의 설치가 완료된다. 자동용접장치가 용접선을 따라 이동할 수 있도록 용접선 근처에 레일을 설치할 수 있다. 이 때 레일과 용접선이 평행하게 마련되는 경우 용접품질을 향상시키고 작업시간을 단축시킬 수 있다.
레일은 한 방향으로 배열되는 복수의 패널 고정유닛(25)에 고정되어 용접선에 평행하게 설치될 수 있다. 이 때, 패널 고정유닛(25)과 보조방벽 연결부재(24)가 인접하여 설치됨으로써 레일에 설치되는 자동용접장치가 용접선을 따라 용접 수행하는 작업을 용이하게 할 수 있다. 자동용접이 완료된 후 레일은 패널 고정유닛(25)으로부터 해체된다.
보조방벽(40) 시트에 패널 고정유닛(25)의 돌출부재(25b)가 관통되도록 관통홀(40a)이 형성되는 것은 앞서 살펴보았다. 보조방벽(40)의 기밀성을 확보하기 위해서는 보조방벽(40) 시트에 형성된 홀의 가장자리와 패널 고정유닛(25)을 용접하여야 하며, 관통홀(40a)의 형상을 따라 원호 용접이 실시될 수 있다.
보조방벽(40)의 용접이 완료되면 기밀성이 확보되는지 여부를 검사하는 과정을 거치게 된다. 검사과정으로는 보조방벽(40)과 하부 단열패널(20) 사이에 검사 가스를 주입하고 검사가스가 외부로 누출되는지 여부를 확인하는 방법이 사용될 수 있다. 검사 결과 외부에서 검사 가스가 검출된다면 그 부분의 용접 상태가 불량인 것으로 판단하여 재용접을 실시한다. 한편, 검사 결과 기밀성이 확보되는 것으로 판단된다면 상부 단열패널(30)을 설치하는 다음 과정으로 진행된다.
다음으로 도 5 내지 도 8을 참고하여 상부 단열패널(30)이 설치되는 과정을 설명하도록 한다. 도 5는 상부 단열패널의 결합모습을 나타내는 단면도이고, 도 6은 패널 고정유닛을 나타내는 사시도이다. 또한, 도 7 내지 도 8은 패널 고정유닛의 슬라이딩 이동을 나타내는 도 6의 A-A 단면도로, 도 7은 이동 전의 모습을, 도 8은 이동 후의 모습을 나타낸다.
복수의 상부 단열패널(30)들은 서로 인접하여 배치될 수 있고, 일 예로 격자형으로 배치될 수 있다. 격자형으로 배치된다는 것은 상부 단열패널(30)들이 제1방향으로 인접하여 배치되는 것뿐만 아니라 제2방향으로도 인접하여 배치되는 것을 의미한다.
인접하는 상부 단열패널(12) 사이에는 상부 조인트(33)가 삽입될 수 있다. 상부 조인트(33)는 상부 단열패널(30) 사이의 간극을 충진할 수 있는 단열재일 수 있으며, 글라스 울(glass wool) 등이 사용될 수 있다. 상부 조인트(33)는 상부 단열패널(30)이 설치된 후에 삽입되거나, 상부 단열패널(30)의 측부에 부착된 상태로 설치될 수 있다.
상부 단열패널(30)은 하부 단열패널(20)과 같은 너비방향 형상을 가지도록 마련될 수 있다. 즉, 하부 단열패널(20)의 너비방향 형상이 정사각형으로 마련되는 경우 상부 단열패널(30)의 너비방향 형상 역시 같은 너비의 정사각형으로 마련될 수 있다.
또한, 상부 단열패널(30)의 모서리는 하부 단열패널(20)의 모서리와 동일 수직선상에 위치할 수 있다. 동일 수직선상에 위치한다는 것은 물리적으로 오차가 발생하지 않을 정도의 정확성을 의미하는 것은 아니며, 상부 단열패널(30)과 하부 단열패널(20)이 엇갈리도록 배치되지 않는다는 의미이다.
상부 단열패널(30)의 형상과 설치 위치가 하부 단열패널(20)의 그것과 동일하기 때문에 상부 단열패널(30)을 설치함에 있어 하부 단열패널(20)의 설치 과정과 비슷하게 설치할 수 있어 제작의 편의성이 증대된다.
이상에서 구체적인 단열패널(20, 30)의 형상과 길이의 비는 경우에 따라 달라질 수 있음은 물론이다.
상부 단열패널(30)과 하부 단열패널(20)은 일대일로 고정될 수 있다. 즉, 하나의 상부 단열패널(30)은 하나의 하부 단열패널(20)과 패널 고정유닛(25)에 의해 고정될 수 있다. 상부 단열패널(30)과 하부 단열패널(20)이 일대일로 결합하게 됨으로써 설치공차의 자유도가 높이질 수 있다.
만일 하나의 하부 단열패널(20)에 여러 개의 상부 단열패널(30)이 결합하는 경우에는 하부 단열패널(20) 상에 복수로 마련되는 패널 고정유닛(25)의 설치공차가 매우 중요하게 된다. 패널 고정유닛(25)의 위치가 허용공차를 벗어나게 되면 결합되는 상부 단열패널(30)끼리 간섭이 발생할 수 있기 때문이다. 반대로 하나의 상부 단열패널(30)에 여러 개의 하부 단열패널(20)이 결합하는 경우에도 마찬가지이다.
상부 단열패널(30)과 하부 단열패널(20)은 복수의 패널 고정유닛(25)에 의해 고정될 수 있다. 하부 단열패널(20)에 설치되는 패널 고정유닛(25)은 2개 이상으로 마련되어 상부 단열패널(30)이 하부 단열패널(20)과 상대적으로 회전하는 것을 방지할 수 있다. 도면에는 하부 단열패널(20)에서 마주보는 두 변의 중심을 연결하는 중심선 상에 한 쌍의 패널 고정유닛(25)이 마련되되, 중심점에서 일정 거리 떨어지도록 위치하는 것이 도시되어 있다.
만일, 도면에 도시된 바와 달리 상부 단열패널(30)이 하나의 패널 고정유닛(25)에 의해 하부 단열패널(20)과 결합한다면 상부 단열패널(30)이 하부 단열패널(20) 상에서 회전하는 것을 허용하게 된다.
상부 단열패널(30)의 회전이 허용되면 제작 공정상에서 불편이 야기될 수 있다. 특히 측면이나 천정에 상부 단열패널(30)을 설치하는 경우 의도치 않게 상부 단열패널(30)이 회전하게 되어 이들을 정렬하는 데 노력과 시간이 소요될 수 있다. 또한, 상부 단열패널(30)의 회전이 허용됨으로써 인접하는 상부 단열패널(30) 사이에 응력이 발생할 수 있으며, 이로 인해 화물창의 내구성이 저하될 수 있다. 또한, 상부 단열패널(30)에 고정되는 주방벽(20)에 응력이 집중되어 용접부위 등에 파손을 야기할 수 있다.
패널 고정유닛(25)은 슬라이딩 가능하게 마련되어 보조방벽(40)의 열응력을 해소할 수 있다. 보조방벽(40)은 한 쌍의 제1주름부(41-1)와 한 쌍의 제2주름부(41-2)로 이루어지는 사각형의 중심점을 중심으로 열수축 또는 열팽창이 발생하며, 주름부(41)에 의해 열응력이 해소될 수 있다.
앞에서 보조방벽(40)의 주름부(41)는 하부 단열패널(20)의 경계에 위치함을 설명한 바 있다. 따라서 보조방벽(40)은 하부 단열패널(20)의 중심부가 고정된 채로 중심부에서 제1방향과 제2방향으로 열수축 또는 열팽창이 일어나게 되며, 제1방향으로 작용하는 열응력은 제2주름부(41-2)에 의해 해소되고 제2방향으로 작용하는 열응력은 제1주름부(41-1)에 의해 해소될 수 있다.
만일, 보조방벽(40)과 용접된 패널 고정유닛(25)의 몸체부(25a)가 고정된 상태라면 보조방벽(40)과 몸체부(25a) 사이에 응력이 발생하게 되고, 이는 주름부(41)가 보조방벽(40)의 응력을 해소하지 못하게 하거나, 보조방벽(40)과 몸체부(25a) 사이의 용접부위에 파손을 일으켜 보조방벽(40)의 기밀성을 훼손할 수 있다. 따라서 패널 고정유닛(25)은 보조방벽(40)의 열수축 또는 열팽창에 따라 같이 이동가능하면서도 기밀성을 유지할 수 있어야 한다.
몸체부(25a)는 하부 단열패널(20)의 중심 방향으로 슬라이딩 가능하도록 마련될 수 있다. 일 예로, 몸체부(25a)의 외곽부를 수용하는 몸체부 수용홈(22b)은 하부 단열패널(20)의 중심 방향으로 몸체부(25a)의 외곽부와 유격이 발생하도록 마련될 수 있다. 또한, 몸체부(25a)의 중앙부를 수용하는 커버부(25c)의 개구는 하부 단열패널(20)의 중심 방향으로 몸체부(25a)의 중앙부와 유격이 발생하도록 마련될 수 있다.
따라서 몸체부(25a)는 몸체부 수용홈(22b)과 커버부(25c)의 개구에 수용된 상태에서 하부 단열패널(20)의 중심 방향으로 유격된 거리만큼 슬라이딩 이동 가능하다. 즉, 몸체부(25a)는 보조방벽(40)과 용접 연결되고, 보조방벽(40)의 열변형에 따라 이동 가능하게 마련되어 열응력을 해소할 수 있다.
다음으로 패널 고정유닛(25)과 상부 단열패널(30)의 결합 모습에 대하여 설명하도록 한다.
상부 단열패널(30)은 하부 단열패널(20)에 견고하게 고정될 수 있도록 저면에 상부 제1보강패널(31)이 결합될 수 있다. 상부 제1보강패널(31)은 플라이우드(plywood) 등을 사용할 수 있으며, 에폭시 글루(epoxy glue) 등과 같은 접착제를 사용하여 상부 단열패널(30)의 저면에 부착될 수 있다.
상부 단열패널(30)과 상부 제1보강패널(31)에는 돌출부재(25b)가 관통될 수 있도록 관통홀(30a, 31a)이 형성된다. 이 때 상부 제1보강패널(31)에 형성되는 관통홀(31a)의 직경은 상부 단열패널(30)에 형성되는 관통홀(30a)의 직경보다 작게 마련될 수 있다.
상부 제1보강패널(31)에 형성되는 관통홀(31a)의 형상은 타원형일 수 있다. 관통홀(31a)은 두 개의 돌출부재(25b)를 수용하면서도 상부 제1보강패널(31)이 돌출부재(25b)와 상대적으로 이동하는 것을 방지하도록 마련될 수 있다. 즉, 관통홀(31a)의 길이는 두 개의 돌출부재(25b) 사이의 거리에 대응할 수 있다.
도면에는 하나의 관통홀들(30a, 31a)이 형성되어 두 개의 돌출부재(25b)를 모두 수용하는 것을 도시하였지만, 이와 달리 각각의 돌출부재(25b)를 수용하는 두 개의 관통홀이 형성되는 것을 포함한다.
돌출부재(25b)는 상부 단열패널(30)에 중앙부에 형성되는 관통홀(30a)에 삽입되어 너트와 결합하고, 너트는 돌출부재(25b)와 결합함으로써 상부 제1보강패널(31)을 구속한다. 결과적으로 상부 제1보강패널(31)이 부착된 상부 단열패널(30)이 하부 단열패널(20)에 결합된다. 이 때, 단열성능을 유지하기 위하여 관통홀(30a)에는 폼 플러그(30b)가 삽입될 수 있다.
다음으로 도 1 및 도 2와 도 9를 참고하여 주방벽(50)의 설치과정에 대하여 설명하도록 한다. 도 9는 주방벽의 결합모습을 나타내는 사시도이다.
상부 단열패널(30)의 상부에는 주방벽(50) 설치를 위해 상부 제2보강패널(32)이 적층될 수 있다. 상부 제2보강패널(32)은 플라이우드(plywood) 등을 사용할 수 있으며, 에폭시 글루(epoxy glue) 등과 같은 접착제를 사용하여 상부 단열패널(30)에 부착될 수 있다.
상부 단열패널(12)의 상부에는 주방벽 연결부재(34)가 마련될 수 있다. 특히, 상부 제2보강패널(32)이 마련되는 경우 주방벽 연결부재(34)는 상부 제2보강패널(32)의 상면에 결합할 수 있다. 주방벽 연결부재(34)는 SUS 등의 금속재질로 마련되어 주방벽(50)과 용접 결합될 수 있으며, 리벳(34a) 등에 의하여 상부 제2보강패널(32)과 기계적으로 결합할 수 있다. 주방벽 연결부재(34)는 상부 제2보강패널(32)에 형성되는 홈(32a)에 수용되어 상부 제2보강패널(32)의 상면으로 돌출되지 않을 수 있다.
또한, 주방벽 연결부재(34)는 스트립(strip) 형상으로 마련될 수 있으며, 서로 다른 방향으로 배열되어 교차부를 형성할 수 있다. 일 예로, 서로 직교하는 두 방향의 스트립 형상으로 마련될 수 있다. 주방벽 연결부재(34)는 마주보는 상부 단열패널(30)의 모서리에 평행하게 마련될 수 있다. 또한, 주방벽 연결부재(34)는 하나의 스트립으로 마련되거나 여러 개의 스트립이 연속적으로 연결되도록 마련될 수 있다.
상부 단열패널(30)의 상부에는 주방벽(50)을 설치하기 위한 방벽 설치부재(35)가 마련될 수 있다. 특히, 주방벽 연결부재(34)가 마련되는 경우 방벽 설치부재(35)는 주방벽 연결부재(34)의 상부에 마련될 수 있다.
앞에서 자동용접장치를 이용하여 보조방벽(40) 시트를 용접하기 위해서는 레일이 설치되어야 하고, 패널 고정유닛(25)에 레일이 설치됨을 설명하였다. 이와 유사하게 자동용접장치를 이용하여 주방벽(50) 시트를 용접하기 위해서는 레일을 설치할 수 있는 방벽 설치부재(35)가 필요하다.
방벽 설치부재(35)는 서로 직교하는 두 방향의 주방벽 연결부재(34)가 만나는 교차부에 마련되는 스터드 볼트일 수 있다. 방벽 설치부재(35)는 주방벽 연결부재(34) 상에 용접 결합될 수 있다. 방벽 설치부재(35)가 마련되는 두 방향의 주방벽 연결부재(34)가 만나는 교차부는 주위에 4장의 주방벽(50) 시트가 만나는 4 시트 교차부일 수 있다. 주방벽(50) 시트의 코너부에 모따기되는 경우 방벽 설치부재(35)의 주위에 4장의 주방벽(50) 시트가 용접 설치되면서도 방벽 설치부재(35)와 간섭되지 않을 수 있다. 이 때, 주방벽(50) 시트의 코너부는 주방벽 연결부재(34)에 용접 결합됨으로써 기밀성을 유지하여야 한다.
방벽 설치부재(35)는 주방벽(50)을 설치하기 위한 것으로, 주방벽(50)의 설치가 완료되면 제거될 수 있다. 작업자가 이동하는 때에 장애물로 취급될 수 있기 때문이다.
주방벽 연결부재(34)는 인접하는 주방벽 연결부재(34)와 연결(직접 연결되지 않고 가상의 연장선에 의해 연결되는 것을 포함)되어 하나의 닫힌 도형을 형성한다. 도 1에는 4개의 상부 단열패널(30)이 인접하여 배치되고, 상부 단열패널(30)에 마련되는 주방벽 연결부재(34)에 의해 직사각형 형상의 닫힌 도형이 형성되는 것이 도시된다.
주방벽(50)을 구성하는 하나의 주방벽(50) 시트(sheet)는 주방벽 연결부재(34)에 의해 형성되는 닫힌 도형의 형상에 대응하는 형상일 수 있으며, 주방벽(50) 시트의 4 모서리는 각각 주방벽 연결부재(34)에 겹쳐지도록 배치되어 고정될 수 있다. 일 예로, 주방벽(50) 시트는 주방벽 연결부재(34)에 가용접(tack welding) 방식으로 고정될 수 있다.
하나의 주방벽(50) 시트가 고정된 후 인접하는 일 측면에 다른 주방벽(50) 시트가 고정될 수 있다. 이 때 미리 설치된 주방벽(50) 시트와 인접하는 주방벽(50) 시트의 4 모서리 중 하나의 모서리는 미리 설치된 주방벽(50) 시트와 겹쳐지도록 배치되고 다른 3 모서리는 주방벽 연결부재(34) 상에 배치되어 고정될 수 있다. 일 예로, 주방벽(50) 시트와 주방벽(50) 시트의 고정 및 주방벽(50) 시트와 주방벽 연결부재(34)의 고정은 가용접(tack welding) 방식을 사용할 수 있다.
위의 설치 과정을 연속적으로 수행하여 상부 단열패널(30) 상에 주방벽(50) 시트를 모두 고정한다. 그러나 아직은 인접하는 주방벽(50) 시트 사이에 가용접만 된 상태이기 때문에 기밀성을 유지하기 위하여 본 용접을 하여야 한다.
인접하는 주방벽(50) 시트의 양 모서리는 겹치기 용접 또는 맞대기 용접에 의해 본 용접됨으로써 기밀성을 확보할 수 있다. 이 때 사용될 수 있는 용접방법으로 보조방벽의 용접에 사용되는 방법이 사용될 수 있으며, 자동용접장치를 사용할 수 있음은 물론이다.
한편, 주방벽 연결부재(34)는 인접하는 주방벽(50) 시트끼리 용접할 때 용접선(또는 용접심)의 하부에 위치함으로써 용접열에 의해 주방벽(50) 시트가 변형되는 것을 방지할 수 있다. 특히 플라즈마 용접이 사용되는 경우 고열에 의해 발생할 수 있는 주방벽(50) 시트의 변형을 방지할 수 있다. 이 때 주방벽(50) 시트끼리 겹치기 용접 또는 맞대기 용접하는 과정에서 용접열이 주방벽 연결부재(34)에까지 전달되어 하부의 주방벽 연결부재(34)와 그 상부에 위치하는 주방벽(50) 시트가 서로 용접될 수도 있다.
주방벽(50) 시트와 주방벽(50) 시트의 본 용접은 자동용접장치를 이용할 수 있다. 특히 주방벽(50)의 주름부의 용접 역시 자동용접장치를 이용할 수 있다. 이 때, 얇은 두께의 주방벽(50) 시트와 주방벽(50) 시트를 용접하기 위해 작업자가 수작업으로 용접을 진행하거나 자동용접장치를 이용하기 위해서는 두 주방벽(50) 시트를 밀착시키는 핏업(Fit-Up) 작업이 필요하다. 특히 자동용접장치를 이용하는 경우 핏업 작업이 중요하다.
핏업 작업은 보조방벽(40)을 설치하는 과정과 동일한 방법이 사용될 수 있으므로, 자세한 설명을 생략하도록 한다. 핏업지그(미도시)는 주방벽 연결부재(34)에 설치되는 방벽 설치부재(35)에 결합하거나 흡착식에 의해 주방벽(50) 시트 상에 고정될 수 있다.
자동용접장치는 상부 단열패널(30)에 고정되도록 설치되는 레일을 따라 이동하면서 용접을 수행한다. 따라서 자동용접장치를 이용하기 위해서는 용접선 주위에 레일을 고정 설치하는 작업이 필요하다.
본 발명의 실시예에 따른 액화가스 화물창을 제조하는 방법에서는 주방벽 연결부재(34)에 설치되는 방벽 설치부재(35)(일 예로, 스터드 볼트)를 이용하여 레일을 고정 설치할 수 있다.
다음으로 자동용접장치를 이용하여 주방벽(50) 시트를 용접하는 방법에 대하여 설명하도록 한다.
앞에서 주방벽(50) 시트가 주방벽 연결부재(34)에 가용접되고, 인접하는 주방벽(50) 시트끼리 가용접되어 고정되는 것에 대하여 설명한 바 있다. 이제 두 주방벽(50) 시트가 겹쳐지거나 맞닿는 선(용접선)을 따라 본 용접을 수행하면 주방벽의 설치가 완료된다. 자동용접장치가 용접선을 따라 이동할 수 있도록 용접선 근처에 레일을 설치할 수 있다. 이 때 레일과 용접선이 평행하게 마련되는 경우 용접품질을 향상시키고 작업시간을 단축시킬 수 있다.
레일은 한 방향으로 배열되는 복수의 스터드 볼트에 고정되어 용접선에 평행하게 설치됨으로써 레일에 설치되는 자동용접장치가 용접선을 따라 용접 수행하는 작업을 용이하게 할 수 있다. 자동용접이 완료된 후 레일은 스터드 볼트로부터 해체된다.
주방벽(50)의 용접이 완료되면 기밀성이 확보되는지 여부를 검사하는 과정을 거치게 된다. 검사과정으로는 주방벽(50)과 상부 단열패널(30) 사이에 검사 가스를 주입하고 검사가스가 외부로 누출되는지 여부를 확인하는 방법이 사용될 수 있다. 검사 결과 외부에서 검사 가스가 검출된다면 그 부분의 용접 상태가 불량인 것으로 판단하여 재용접을 실시한다.
다음으로 도 10을 참고하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 액화가스 화물창의 구조에 대하여 설명하도록 한다. 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액화가스 화물창의 구조를 나타내는 단면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 액화가스 화물창의 보조방벽(40-1)에 마련되는 주름부(41-1)는 상부 단열패널(30)을 향해 위로 볼록할 수 있으며, 인접하는 두 상부 단열패널(30)의 경계에 위치할 수 있다. 이 때 상부 단열패널(20) 하부의 모서리에는 주름부(41-1)를 수용할 수 있도록 챔퍼(chamfer)가 형성되어 주름부(41-1)와의 간섭을 피할 수 있다.
앞에서 보조방벽(40-1)을 설치하는 때에 핏업 작업이 중요함을 설명하였다. 이 때 정교한 핏업을 위해서는 주름부(41-1)가 위로 볼록한 것이 유리할 수 있다. 주름부(41-1)가 위로 볼록한 경우 서로 겹쳐지는 주름부(41-1)의 밀착여부를 육안으로 확인하기가 용이하며, 수선 시에 주름부(41-1)를 절개하기에도 용이하기 때문이다.
만일, 본 발명의 다른 실시예에 따른 액화가스 화물창과 같이 주름부(41-1)가 상부 단열패널(30)의 경계에 위치하지 않는다면 상부 단열패널(30)에 주름부(41-1)를 수용할 수 있는 별도의 홈을 가공하여야 한다. 그러나 별도의 홈을 가공하는 공정이 추가되는 것은 별개로, 단열패널에 홈이 형성되는 경우 슬로싱 하중 등에 의한 충격에 의한 응력이 집중되어 크랙이 발생할 수 있는 위험이 있다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 다른 액화가스 화물창은 별도의 홈을 가공하지 않고서도 상부 단열패널(30) 사이의 경계에 주름부(41-1)를 위치시킴으로써 단열패널의 강도를 유지하면서도, 위로 볼록한 주름부(41-1)를 가능케 하여 핏업 공정의 편의를 증대시킬 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10: 외벽, 11: 매스틱,
12: 스터드 볼트, 13: 레벨패드
20: 하부 단열패널, 20a: 관통홀,
20b: 폼 플러그, 21: 하부 제1보강패널
21a: 관통홀, 22: 하부 제2보강패널,
22a, 홈, 22b: 몸체부 수용홈,
22c: 커버부 수용홈, 23: 하부 조인트,
24: 보조방벽 연결부재, 24a: 리벳,
25: 패널 고정유닛, 25a: 몸체부,
25b: 돌출부재, 25c: 커버부,
25d: 리벳, 30: 상부 단열패널,
30a: 관통홀, 30b: 폼 플러그,
31: 상부 제1보강패널, 31a: 관통홀,
32: 상부 제2보강패널, 32a: 홈,
33: 상부 조인트, 34: 주방벽 연결부재,
34a: 리벳, 35: 방벽 설치부재,
40: 보조방벽, 40a: 관통홀,
41: 주름부, 42: 교차부,
50: 주방벽, 51: 주름부,
52: 교차부, 40-1: 보조방벽,
41-1: 주름부.

Claims (12)

  1. 액화가스의 수용공간을 둘러싸는 주방벽과, 상기 주방벽을 둘러싸며 액화가스를 외부로부터 단열하는 단열패널 어셈블리를 포함하는 액화가스 화물창에 있어서,
    상기 단열패널 어셈블리는 하부 단열패널과, 상기 하부 단열패널 상에 마련되어 상기 하부 단열패널을 밀봉하는 보조방벽과, 상기 보조방벽 상에 적층되는 상부 단열패널과, 상기 하부 단열패널과 상기 상부 단열패널을 고정하는 패널 고정유닛을 포함하고,
    상기 패널 고정유닛은 상기 하부 단열패널에 고정되는 몸체부와, 상기 몸체부에 연결되고 상기 보조방벽을 관통하여 상기 상부 단열패널에 결합하는 돌출부재를 포함하며,
    상기 패널 고정유닛은 복수로 마련되어 상기 상부 단열패널과 상기 하부 단열패널이 상대적으로 회전하는 것을 방지하되, 상기 보조방벽의 열응력이 작용하는 방향으로 슬라이딩 가능하도록 마련되는 액화가스 화물창.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하나의 상부 단열패널은 상기 하나의 하부 단열패널과 일대일로 고정되는 액화가스 화물창.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하부 단열패널은 제1방향과 제2방향으로 각각 인접하도록 격자형으로 배치되고, 상기 상부 단열패널은 제1방향과 제2방향으로 각각 인접하도록 격자형으로 배치되며,
    상기 패널 고정유닛은 상기 하부 단열패널의 중앙부에서 일정 거리 떨어져서 마련되는 한 쌍을 포함하는 액화가스 화물창.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 하부 단열패널과 상기 상부 단열패널은 같은 너비방향 형상을 가지도록 마련되어 상기 하부 단열패널의 모서리와 상기 상부 단열패널의 모서리가 동일 수직선상에 위치하는 액화가스 화물창.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부재가 관통하는 상기 보조방벽의 홀과 상기 패널 고정유닛의 몸체부는 용접 결합되어 상기 보조방벽의 기밀성을 유지하고,
    상기 몸체부는 상기 보조방벽의 열변형을 허용하도록 상기 보조방벽과 함께 이동 가능한 액화가스 화물창.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 패널 고정유닛의 몸체부는 상기 몸체부의 외곽 일부를 덮으면서 상기 하부 단열패널에 결합되는 커버부에 의해 상기 하부 단열패널에 고정되는 액화가스 화물창.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 패널 고정유닛은 상기 하부 단열패널 상에 적층되는 하부 보강패널에 결합하고,
    상기 하부 보강패널에는 상기 몸체부를 수용하는 몸체부 수용홈과, 상기 커버부를 수용하는 커버부 수용홈이 형성되되, 상기 몸체부 수용홈은 상기 몸체부가 상기 보조방벽의 열응력이 작용하는 방향으로 슬라이딩 가능하도록 허용하는 액화가스 화물창.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 몸체부는 상기 커버부에 의해 덮이는 외곽부와 상기 돌출부재가 연결되는 중앙부 사이에 형성되는 단차를 포함하고,
    상기 몸체부의 중앙부 상부와 상기 커버부의 상부와 상기 하부 보강패널의 상부는 동일평면을 이루는 액화가스 화물창.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 몸체부는 상기 커버부에 의해 덮이는 외곽부와 상기 돌출부재가 연결되는 중앙부 사이에 형성되는 단차를 포함하고,
    상기 하부 보강패널의 몸체부 수용홈에 수용되는 몸체부의 외곽부는 상기 몸체부 수용홈 내부에 유격이 마련되도록 설치되고,
    상기 커버부의 개구에 수용되는 몸체부의 중앙부는 상기 커버부의 개구 내부에 유격이 마련되도록 설치되는 액화가스 화물창.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 하부 단열패널은 제1방향과 제2방향으로 각각 인접하도록 격자형으로 배치되고, 상기 상부 단열패널은 제1방향과 제2방향으로 각각 인접하도록 격자형으로 배치되고, 상기 보조방벽은 제1방향과 제2방향으로 배치되는 주름부를 포함하며,
    상기 하부 단열패널과 상기 상부 단열패널은 같은 너비방향 형상을 가지도록 마련되어 상기 하부 단열패널의 모서리와 상기 상부 단열패널의 모서리가 동일 수직선상에 위치하되,
    상기 주름부는 상기 상기 하부 단열패널의 모서리에 대응되도록 배치되는 액화가스 화물창.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 주름부는 상기 하부 단열패널을 향해 볼록하도록 돌출되고,
    상기 하부 단열패널 상부의 모서리에는 상기 주름부를 수용하도록 챔퍼가 형성되는 액화가스 화물창.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 주름부는 상기 상부 단열패널을 향해 볼록하도록 돌출되고,
    상기 상부 단열패널 하부의 모서리에는 상기 주름부를 수용하도록 챔퍼가 형성되는 액화가스 화물창.
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