KR20160087652A - 화물창의 멤브레인, 이를 포함하는 화물창 및 그 제조방법 - Google Patents

화물창의 멤브레인, 이를 포함하는 화물창 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화물창의 멤브레인, 이를 포함하는 화물창 및 그 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수 개의 용접선들을 따라 용접되는 복수 개의 평행사변형 형상의 피스들에 의해 형성되는 멤브레인으로서, 상기 피스들의 일부는 일 방향으로 연장되는 제 1 용접선과, 상기 제 1 용접선의 단부를 지나며 상기 제 1 용접선과 교차하는 제 2 용접선에 의해 용접되고, 상기 피스들 중 적어도 하나는 제 2 용접선에 의해 용접되며, 상기 제 1 용접선의 연장선과 교차하는 방향으로 연장되는 주름부를 갖는 화물창의 멤브레인, 이를 포함하는 화물창 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.

Description

화물창의 멤브레인, 이를 포함하는 화물창 및 그 제조방법{MEMBRANE OF CARGO, CARGO INCLUDING SAME AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 화물창의 멤브레인, 이를 포함하는 화물창 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 'LNG'라 함)는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 -162℃로 냉각해 그 부피를 6백분의 1로 줄인 무색 투명한 초저온 액체를 말한다.
이러한 LNG가 에너지 자원으로 사용됨에 따라 이 가스를 에너지로 이용하기 위해서 생산기지로부터 수요지의 인수지까지 대량으로 수송할 수 있는 효율적인 운송 방안이 검토되어 왔으며, 이러한 노력의 일환으로 대량의 LNG를 해상으로 수송할 수 있는 LNG 운반선이 개발되었다.
그런데, LNG 운반선에는 초저온상태로 액화시킨 LNG를 보관 및 저장할 수 있는 화물창(Cargo)이 구비되어야 하는데, 이러한 화물창에 요구되는 조건이 매우 까다로워 많은 어려움이 있었다. 즉, LNG는 대기압 보다 높은 증기압을 가지며, 대략 -162℃ 정도의 비등 온도를 갖기 때문에, 이러한 LNG를 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 인슐레이션 구조로 설계되어야 했다.
특히, 화물창의 1차 방벽인 금속 멤브레인은 -163℃의 극저온 상태의 LNG와 직접적으로 접촉하게 되므로 응력변화에 대응할 수 있는 알루미늄 합금, 인바(Invar), 9% 니켈강 등 저온 취성에 강한 재질의 금속재질이 사용되며, 대략 직사각형으로 제작되고, 반복적인 온도변화 및 저장액체의 하중변화에 팽창 및 수축이 용이하도록 중앙부가 융기된 직선 주름부(corrugation)가 금속패널 전체에 걸쳐 형성되어 있으며, 복수의 멤브레인 금속 피스 모서리 및 4변이 이웃하는 또 다른 멤브레인의 모서리 및 4변에 의해 겹쳐진 후 겹치기 용접에 의해 서로 연결되어 탱크의 기밀성을 유지하도록 되어 있다.
상기 금속 멤브레인은 주름부가 형성된 플레이트 형상의 피스가 병렬로 배열된 상태로 용접됨으로써 제작되는데, 이때 서로 이웃하는 피스들의 주름부가 연속적으로 이어지는 멤브레인 타입과 불연속적으로 단절되는 멤브레인 타입이 있다. 이하, 이러한 종래의 금속 멤브레인의 문제점에 관하여 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1은 종래의 연속적인 주름부를 갖는 멤브레인의 일부를 도시한 사시도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 연속적인 주름부를 갖는 멤브레인의 경우, 인접하는 두 피스의 용접 라인이 주름부를 타고 넘도록 형성됨으로써, 용접시 주름부의 굴곡을 따라 용접을 하게 되어 있다. 그런데, 이와 같이 굴곡진 주름부를 타고 넘으면서 용접을 수행할 경우, 직선 용접에 비하여 균일하게 용접이 이루어지지 못할 수 있다는 문제가 있다. 또한, 이러한 굴곡 용접은 직선 용접에 비하여 용접 작업이 까다로워서 작업성이 떨어진다는 문제가 있다.
한편, 도 2는 종래의 불연속적인 주름부를 갖는 멤브레인의 일부를 도시한 평면도이다. 도 2를 참조하면, 종래의 불연속적인 주름부를 갖는 멤브레인의 경우, 편평한 피스와 주름부를 포함하는 피스가 서로 인접한 상태로 겹치기 용접이 이루어지며, 하나의 피스 내부에 주름부가 형성되므로, 주름부를 타고 넘으면서 용접을 할 필요는 없어진다. 그러나 하나의 편평한 피스의 둘레를 따라 용접을 수행해야 하는데, 편평한 피스의 모서리 부분에서 용접 방향이 90°로 전환되고, 이렇게 용접 방향이 전환되면서 수행됨으로써 용접 작업성이 떨어지고, 방향이 전환되는 부분의 균일한 용접이 어렵다는 단점이 있다.
한국등록특허 제10-1149495호 한국등록특허 제10-0314193호
본 발명의 실시예들은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점에 착안하여 제안되는 것으로서, 화물창의 1차 방벽인 금속 멤브레인을 제작할 때 멤브레인을 구성하는 피스의 용접시 작업성을 높이고, 균일한 용접이 가능한 구조를 갖는 멤브레인, 이를 포함하는 화물창 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 평행사변형 형상으로 형성되고, 제 1 방향으로 연장되는 주름부를 갖는 제 1 피스; 및 상기 제 1 피스에 연결되고, 제 2 방향으로 연장되는 주름부를 가지며, 상기 제 1 피스의 두 변의 사이각과 동일한 사이각을 갖는 평행사변형 형상의 제 2 피스를 포함하고, 상기 제 1 피스와 상기 제 2 피스는 동일한 길이를 갖는 변이 서로 맞대어져서 용접되어 연결되는 피스 유닛이 제공될 수 있다.
또한, 상기 제 1 피스의 일 변의 연장 방향과 상기 제 1 방향이 직교하고, 상기 제 2 피스의 일 변의 연장 방향과 상기 제 2 방향이 평행한 피스 유닛이 제공될 수 있다.
또한, 상기 제 1 피스의 폭이 상기 제 2 피스의 폭보다 크게 형성되는 피스 유닛이 제공될 수 있다.
또한, 상기 제 1 피스의 마주보는 두 변에 상기 제 2 피스가 각각 연결되는 피스 유닛이 제공될 수 있다.
또한, 상기 제 1 피스에 복수 개의 상기 제 2 피스가 연달아 연결되고, 상기 복수 개의 제 2 피스는 동일한 길이를 갖는 변이 서로 맞대어져서 용접되는 피스 유닛이 제공될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 복수 개의 용접선들을 따라 용접되는 복수 개의 평행사변형 형상의 피스들에 의해 형성되되, 상기 피스들의 일부는 일 방향으로 연장되는 제 1 용접선과, 상기 제 1 용접선의 단부를 지나며 상기 제 1 용접선과 교차하는 제 2 용접선에 의해 용접되고, 상기 피스들 중 적어도 하나는 제 2 용접선에 의해 용접되며, 상기 제 1 용접선의 연장선과 교차하는 방향으로 연장되는 주름부를 갖는 화물창의 멤브레인이 제공될 수 있다.
또한, 상기 제 2 용접선을 중단하는 주름부를 포함하는 중단 피스가 제공되는 화물창의 멤브레인이 제공될 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 일 면에서 돌출 형성된 주름부를 포함하는 복수 개의 평행사변형 형상의 피스들이 연결되어 형성되는 피스 유닛을 포함하되, 복수 개의 상기 피스 유닛들의 테두리가 서로 맞닿게 배치되어 상기 피스 유닛들의 테두리를 따라 용접되고, 상기 피스 유닛들은 복수 개의 열을 이루며 배치되고, 하나의 열에 속하는 상기 피스 유닛들은 일직선상에 배치되는 화물창의 멤브레인이 제공될 수 있다.
또한, 상기 피스 유닛은, 제 1 방향으로 연장되는 주름부를 갖는 제 1 피스; 및 상기 제 1 방향의 연장 방향과 교차되는 제 2 방향으로 연장되는 주름부를 갖는 제 2 피스를 포함하며, 상기 제 1 피스의 마주보는 두 변에 상기 제 2 피스가 각각 연결되는 제 1 피스 유닛과, 상기 제 1 피스에 복수 개의 상기 제 2 피스가 연달아 연결되는 제 2 피스 유닛을 포함하는 화물창의 멤브레인이 제공될 수 있다.
또한, 상기 피스 유닛은, 하나 이상의 상기 제 1 피스 유닛과 하나 이상의 상기 제 2 피스 유닛이 교대로 배열되되, 전체로서 평행사변형 형상을 갖는 피스 그룹의 단위로 배열되는 화물창의 멤브레인이 제공될 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 화물창에 포함되는 단열벽의 상면에 가이드 라인을 마킹하는 단계; 평행사변형 형상의 피스들을 상기 가이드 라인을 따라서 배치하는 단계; 및 상기 피스들을 용접하여 연결하는 단계를 포함하고, 상기 배치하는 단계에서, 제 1 방향으로 연장되는 주름부를 갖는 제 1 피스와, 제 2 방향으로 연장되는 주름부를 가지고, 상기 제 1 피스의 두 변의 사이각과 동일한 사이각을 갖는 제 2 피스가 배치되고, 상기 제 1 방향과 상기 제 2 방향은 서로 교차되는 화물창의 제조방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 마킹하는 단계에서, 상기 가이드 라인은, 상기 단열벽의 테두리 중 일부와 상기 가이드 라인이 이루는 각이 상기 사이각과 동일하게 형성되는 화물창의 제조방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 마킹하는 단계에서, 상기 가이드 라인은 복수 개가 서로 평행하게 연장되도록 형성되는 화물창의 제조방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 배치하는 단계에서, 상기 가이드 라인 중 적어도 어느 하나를 중단하는 주름부를 갖는 중단 피스가 더 배치되는 화물창의 제조방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 1차 방벽인 금속 멤브레인의 용접 작업에 있어서 대부분의 용접이 직선 용접으로 이루어짐으로써, 용접의 작업성이 높아지고, 용접이 균일하게 이루어질 수 있어서 용접 품질이 높아진다는 효과가 있다.
도 1은 종래의 연속적인 주름부를 갖는 멤브레인의 일부를 도시한 사시도이다.
도 2는 종래의 불연속적인 주름부를 갖는 멤브레인의 일부를 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 화물창의 단열 구조를 도시한 단면도이다.
도 4는 도 3의 1차 방벽을 구성하는 멤브레인의 제 1 피스를 도시한 평면도 및 측면도이다.
도 5는 도 3의 1차 방벽을 구성하는 멤브레인의 제 2 피스를 도시한 평면도 및 측면도이다.
도 6은 도 3의 1차 방벽을 구성하는 멤브레인의 제 1 피스 및 제 2 피스의 일 변형예를 도시한 평면도이다.
도 7은 도 3의 1차 방벽을 구성하는 멤브레인의 제 1 피스 및 제 2 피스의 다른 변형예를 도시한 평면도이다.
도 8은 도 3의 1차 방벽을 구성하는 멤브레인의 피스 유닛을 도시한 평면도이다.
도 9는 도 3의 1차 방벽을 구성하는 멤브레인의 피스 세트를 도시한 평면도이다.
도 10 내지 도 15는 1차 방벽을 시공하는 과정을 단계별로 도시한 도면이다.
도 16은 도 3의 화물창의 1차 방벽에 제공되는 스페셜 피스를 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 도 3의 1차 방벽의 코너부에서의 응력 분산을 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 도 3의 1차 방벽을 이루는 피스들의 형상이 직사각형인 경우의 응력의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 대상이 되는 화물창은 내부에 고온 또는 극저온의 물질을 저장하는 화물창으로서, 일 예로 LNG 운반선에 설비되는 LNG 화물창일 수 있다. 화물창에 저장되는 LNG는 대략 -162℃ 정도의 극저온의 액체 상태이므로, 화물창의 벽 구조에 높은 수준의 열 응력이 가해질 수 있으며, 온도 유지를 위해 외부와의 단열이 필수적이다. 이에 따라, LNG 화물창은 이중 방벽 구조로 구성되며, 특히 LNG와 직접 맞닿는 1차 방벽은 열 수축에 대비하여 방벽 전체에 걸쳐서 주름부를 포함하도록 구성된다. 이하의 설명에서는 LNG 운반선에 설비되는 LNG 화물창을 예로 들어 설명하나, 본 발명의 사상은 LNG 뿐만 아니라 고온 또는 극저온의 물질을 저장하도록 설계되는 모든 종류의 화물창에 적용 가능하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 화물창의 단열 구조를 도시한 단면도이다. 도 3을 참조하면, LNG 운반선의 선체(2) 내측면에 에폭시 매스틱(epoxy mastic; 12)과 스터드 볼트(stud bolt; 14)에 의해 하부 인슐레이션 패널(bottom insulation panel)에 해당하는 2차 단열벽(10)이 보강판(10a)을 매개로 하여 부착 고정된다.
이 때, 2차 단열벽(10)과 상부 인슐레이션 패널(top insulation panel)에 해당하는 1차 단열벽(20)의 사이에는 2차 방벽(22)이 제공된다. 2차 방벽(22)은 2차 단열벽(10) 상에 적층되어, 2차 단열벽(10)을 밀봉하여 화물창(1) 내부의 물질이 2차 단열벽(10)으로 침투하지 못하도록 하는 역할을 하며, 일 예로 리지드 트리플렉스(rigid triplex)가 2차 단열벽(10)에 접착되는 방식으로 형성될 수 있다.
한편, 2차 단열벽(10)을 화물창(1)의 벽에 부착시킬 때에는 글라스 울(glass wool) 재질의 플랫 조인트(flat joint; 12)가 서로 간에 형성되는 갭(gap; 40)에 삽입될 수 있도록, 2차 단열벽(10)을 구성하는 단열 패널들 사이에 간극이 형성될 수 있다. 또한, 1차 단열벽(20) 사이에 탑 브릿지 패널(top bridge panel; 28)이 부착될 수 있고, 이 때 기존에 부착되어 있는 2차 방벽(22) 상에 에폭시 글루(24)를 통해 서플 트리플렉스(26: Supple triplex)가 부착되고, 그 위에 에폭시 글루(24)에 의해 탑 브릿지 패널(28)이 부착될 수 있다.
1차 단열벽(20)과 탑 브릿지 패널(28)의 상부는 동일 평면을 가지도록 구성될 수 있으며, 이러한 동일 평면상에는 주름부(140, 240)가 형성된 금속 멤브레인(metal membrane)에 해당되는 1차 방벽(30)이 용접되어 화물창(1) 벽면이 완성된다. 1차 방벽(30)은 주름부(140, 240)가 형성된 플레이트 조각에 해당되는 피스(Piece)들이 병렬로 배치된 상태에서, 서로 이웃하는 피스들이 맞닿은 선을 따라 겹치기 용접됨으로써 조립될 수 있다.
도 4는 도 3의 1차 방벽을 구성하는 멤브레인의 제 1 피스를 도시한 평면도 및 측면도이고, 도 5는 도 3의 1차 방벽을 구성하는 멤브레인의 제 2 피스를 도시한 평면도 및 측면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 1차 방벽(30)인 금속 멤브레인을 구성하는 피스들은 제 1 피스(100)와 제 2 피스(200)의 두 종류로 제공될 수 있으며, 제 1 피스(100)와 제 2 피스(200)가 규칙적인 패턴으로 배열됨으로써 1차 방벽(30)이 형성된다. 제 1 피스(100)와 제 2 피스(200)는 극저온에 견디는 금속 또는 합금으로 제작되고, 플레이트 조각의 일면에 돌출 형성되는 주름부(140, 240)를 포함한다.
본 실시예에서는 1차 방벽(30)인 멤브레인이 제 1 피스(100)와 제 2 피스(200)로 구성되는 것을 예로 들어 설명하나, 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니고, 제 1 피스(100)와 제 2 피스(200)는 2차 방벽(22)을 구성하는 경우도 가능하다. 이 경우, 2차 방벽(22)도 리지드 트리플렉스가 2차 단열벽(10)에 접착되는 방식이 아닌, 용접을 통해 금속 멤브레인이 형성되는 구성을 가질 수 있다.
주름부(140, 240)는 1차 방벽(30)에 작용하는 열응력을 해소하기 위해 형성되며, 제 1 피스(100) 및 제 2 피스(200)의 일 면이 굴곡지게 형성된다. 또한, 열변형에 의한 수축 또는 신장이 용이하도록 제 1 피스(100)에 형성되는 주름부(140)는 제 1 방향(142)으로 연장되고, 제 2 피스(200)에 형성되는 주름부(240)는 제 2 방향(242)으로 연장되며, 제 1 방향(142)과 제 2 방향(242)이 서로 교차되도록 배치된다.
이에 따라, 1차 방벽(30)의 면내 방향으로 작용하는 열응력은 두 방향의 주름부(140, 240)에 의해 해소될 수 있다. 주름부(140, 240)는 폭 방향으로 변형의 여지가 있기 때문에, 열응력에 대응할 수 있다. 제 1 피스(100)의 주름부(140)의 길이방향으로 작용하는 열응력은 제 2 피스(200)의 주름부(240)의 신축성에 의해 해소되고, 제 2 피스(200)의 주름부(240)의 길이방향으로 작용하는 열응력은 제 1 피스(100)의 주름부(140)의 신축성에 의해 해소될 수 있다.
제 1 피스(100)는 도면을 기준으로 상변(110), 상변(110)에 평행하게 소정의 폭(h1)만큼 이격된 하변(120) 및 상변(110)의 양 끝과 하변(120)의 양 끝을 각각 연결하는 두 개의 평행한 측변(130)을 포함하는 평행사변형 형상의 플레이트이다. 또한, 제 1 피스(100)의 상변(110)과 두 측변(130) 중 어느 하나의 사이각은 90° 미만의 예각을 형성할 수 있다.
여기서, 제 1 피스(100)의 상변(110)은 "제 1 변"으로, 하변(120)은 "제 2 변"으로, 두 측변(130)은 "제 3 변"으로 호칭될 수 있다.
또한, 상기 사이각은 평행사변형에 있어서 꼭지점에서 서로 만나는 두 변 사이에 끼인 각을 의미한다.
제 1 피스(100)는 주름부(140)가 연장되는 제 1 방향(142)이 상변(110)의 수직 방향으로 배치되도록 주름부(140)가 형성되며, 상변(110)과 주름부(140)의 제 1 방향(142)이 서로 직교한다는 의미에서 "직교피스"라고 호칭될 수도 있다.
이때, 제 1 피스(100)는 평행사변형 형상이므로, 상변(110)과 하변(120)이 동일한 길이를 갖도록 형성될 수 있다.
한편, 제 2 피스(200) 또한 도면을 기준으로 상변(210), 상변(210)에 평행하게 소정 폭(h2)만큼 이격된 하변(220) 및 상변(210)의 양 끝과 하변(220)의 양 끝을 각각 연결하는 두 개의 측변(230)을 포함하는 평행사변형 형상의 플레이트이다. 또한, 제 2 피스(200)의 상변(210)과 두 측변(230) 중 어느 하나의 사이각은 90° 미만의 예각을 형성할 수 있다.
여기서, 제 2 피스(200)의 상변(210)은 "제 4 변"으로, 하변(220)은 "제 5 변"으로, 두 측변(230)은 "제 6 변"으로 호칭될 수 있다.
제 2 피스(200)는 주름부(240)가 연장되는 제 2 방향(242)이 상변(210)의 수평 방향으로 배치되도록 주름부(240)가 형성되며, 상변(210)과 주름부(240)의 연장 방향이 서로 평행한다는 의미에서 "평행피스"라고 호칭될 수도 있다.
이때, 제 2 피스(200)는 평행사변형 형상이므로, 상변(210)과 하변(220)이 동일한 길이를 갖도록 형성될 수 있다.
제 1 피스(100)의 폭(h1)은 제 2 피스(200)의 폭(h2)보다 크게 형성될 수 있고, 일 예로 두 배로 형성될 수 있다. 이에 따라, 제 1 피스(100)는 "장피스"라고 호칭될 수 있고, 제 2 피스(200)는 "단피스"라고 호칭될 수도 있다.
또한, 제 1 피스(100)의 상변(110)과 제 2 피스(200)의 상변(210)은 서로 동일한 길이를 가질 수 있으며, 제 1 피스(100)의 두 변의 사이각은 제 2 피스(200)의 두 변의 사이각과 동일하게 형성될수 있다. 동일한 길이를 갖는 제 1 피스(100)의 상변(110)과 제 2 피스(200)의 상변(210)이 서로 맞대어져 용접됨으로써 서로 연결된다.
또한, 제 1 피스(100)와 제 2 피스(200)가 서로 용접 연결될 때는 제 1 피스(100)의 측변(130)과 제 2 피스(200)의 측변(230)이 일직선상에 놓이도록 배치된 상태로 용접됨으로써, 연결된 전체로서 평행사변형의 형상을 가질 수 있다.
본 실시예에서는 제 1 피스(100)의 주름부(140)의 제 1 방향(142)이 상변(110)과 직교하고, 제 2 피스(200)의 주름부(240)의 제 2 방향(242)이 상변(210)과 평행한 경우를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제 1 방향(142)이 상변(110)과 평행하고, 제 2 방향(242)이 상변(210)과 직교하는 것도 가능하다.
또한, 제 1 피스(100)와 제 2 피스(200)의 형상은 다양하게 변형 실시가 가능하며, 예를 들어 도 6 및 도 7에 도시된 것과 같은 제 1 피스(100) 및 제 2 피스(200)들이 제공될 수도 있다. 도 6은 도 3의 1차 방벽을 구성하는 멤브레인의 제 1 피스 및 제 2 피스의 일 변형예를 도시한 평면도이고, 도 7은 도 3의 1차 방벽을 구성하는 멤브레인의 제 1 피스 및 제 2 피스의 다른 변형예를 도시한 평면도이다.
도 6에 도시된 제 1 피스(100') 및 제 2 피스(200')는 주름부(140, 240)가 상변(110, 210)에 대하여 수직 또는 수평이 아닌 사선 방향으로 연장 형성된다.
또한, 도 7에 도시된 제 1 피스(100") 및 제 2 피스(200")는 복수 개의 주름부(140, 240)가 평행하게 형성된다. 이와 같이 한 개의 피스에 복수 개의 주름부가 형성되면, 한 개의 주름부만 형성되는 경우에 비하여 열 수축이 더 효과적으로 해소될 수 있다는 장점이 있으나, 제조상의 어려움은 있을 수 있다.
한편, 제 1 피스(100) 및 제 2 피스(200)가 1차 방벽(30)을 제작하는데 필요한 개수만큼 제조되면, 1차 단열벽(20)(또는 2차 단열벽(10)) 상에 시공되기 전에 도 8에 도시된 피스 유닛(300)으로 선 용접(pre-welding)될 수 있다. 도 8은 도 3의 1차 방벽을 구성하는 멤브레인의 피스 유닛을 도시한 평면도이다.
도 8을 참조하면, 피스 유닛(300)은 한 개의 제 1 피스(100)와 두 개의 제 2 피스(200)로 구성될 수 있다. 다만, 이는 일 예에 불과하고, 피스 유닛(300)은 하나 이상의 제 1 피스(100)와 하나 이상의 제 2 피스(200)가 서로 연결되어 다양하게 구성될 수 있다.
피스 유닛(300)은 제 1 피스 유닛(300a)과 제 2 피스 유닛(300b)의 두 개의 타입을 포함할 수 있다.
제 1 피스 유닛(300a)은 제 1 피스(100)의 상변(110)에 제 2 피스(200)의 상변(210)이 용접에 의해 연결되고, 연결된 제 2 피스(200)의 하변(220)에 다른 제 2 피스(200)의 상변(210)이 용접에 의해 연결되는 타입으로서, 전체로서 평행사변형의 형상을 갖도록 제작된다.
다시 말해서, 제 1 피스 유닛(300a)은 제 1 피스(100)에 두 개의 제 2 피스(200)가 연달아 연결되어 형성된다.
본 실시예에서는 제 1 피스 유닛(300a)을 구성하는 제 1 피스(100)에 두 개의 제 2 피스(200)가 연달아 연결되는 경우를 예로 들어 설명하나, 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니고, 제 1 피스(100)에 셋 이상의 제 2 피스(200)가 연달아 연결되는 것도 가능하다.
또한, 제 2 피스 유닛(300b)은 제 1 피스(100)의 상변(110)에 어느 하나의 제 2 피스(200)의 하변(220)이 용접에 의해 연결되고, 하변(120)에 다른 하나의 제 2 피스(200)의 상변(210)이 용접에 의해 연결되는 타입으로서, 제 1 피스 유닛(300a)과 마찬가지로 전체로서 평행사변형의 형상을 갖도록 제작된다.
다시 말해서, 제 2 피스 유닛(300b)은 제 1 피스(100)의 마주보는 두 변에 제 2 피스(200)가 맞대어져서 용접되어 형성된다.
선 용접에 의해 제작된 피스 유닛(300)은 복수 개가 1차 단열벽(20)(또는 2차 단열벽(10)) 상에 배치되어 겹치기 용접에 의해 서로 연결된다. 이때, 제 1 피스 유닛(300a) 두 개와 제 2 피스 유닛(300b) 한 개가, 상변이 서로 정렬되도록 병렬로 배치되어 피스 그룹(400)을 구성할 수 있다.
일예로서, 도 9를 참조하면 제 2 피스 유닛(300b)의 일측 측변에 두 개의 제 1 피스 유닛(300a) 중 어느 하나의 측변이 맞닿고, 제 2 피스 유닛(300b)의 타측 측변에 두 개의 제 1 피스 유닛(300a) 중 다른 하나의 측변이 맞닿게 배치되면서, 제 2 피스 유닛(300b)과 두 개의 제 1 피스 유닛(300a)의 상변이 서로 정렬되게 배치됨으로써 한 개의 피스 그룹(400)이 구성된다.
이렇게 구성된 피스 그룹(400)은 전체로서 상변, 상변과 평행한 하변 및 상변의 양 끝과 하변의 양 끝을 서로 연결하는 두 개의 평행한 측변으로 구성되는 평행사변형 형상을 이룰 수 있다. 이때, 하나의 피스 그룹(400)은, 이를 구성하는 두 개의 제 1 피스 유닛(300a) 및 제 2 피스 유닛(300b)에 포함되는 각각의 제 1 피스(100)들이 피스 그룹(400)의 대각선 방향으로 배치되도록 구성될 수 있다.
이와 같은 피스 그룹(400)은 피스 유닛(300)을 용접하여 미리 제작된 후에 1차 단열벽(20) 상에 배치될 수도 있고, 피스 유닛(300) 3개가 순차적으로 1차 단열벽(20) 상에 배치되어, 피스 그룹(400)이 1차 단열벽(20) 상에서 형성되도록 제작되는 것도 가능하다.
본 실시예에서는 상술한 바와 같이, 도 9에 도시된 것과 같은 형상으로 세 개의 서로 다른 타입의 피스 유닛(300)이 모여서 피스 그룹(400)을 형성하는 경우를 예로 들어 설명하나, 피스 그룹(400)을 형성하는데 있어서의 각각의 피스들의 배열 관계는 본 발명의 사상을 해치지 않는 범위 내에서 자유로운 변형 실시가 가능하다.
이하에서는, 상술한 바와 같은 피스 유닛(300)이 피스 그룹(400)을 구성하면서 1차 단열벽(20) 상에 설치되어 1차 방벽(30)을 제조하는 공정 및 그에 따른 작용 효과를 도 10 내지 도 15를 참조하여 설명하겠다. 도 10 내지 도 15는 1차 방벽을 시공하는 과정을 단계별로 도시한 도면이다.
도 10 내지 도 15를 참조하면, 본 실시예에 따른 1차 방벽(30)은 1차 단열벽(20) 상에 주름부(140, 240)가 형성된 금속 피스들이 규칙적인 패턴으로 배열된 상태에서 겹치기 용접에 의해 밀봉 연결됨으로써 형성될 수 있다.
구체적으로, 먼저 상술한 피스 유닛(300)이 제작된다. 피스 유닛(300)은 하나 이상의 제 1 피스(100)와 하나 이상의 제 2 피스(200)가 선 용접(pre-welding)에 의해 연결됨으로써 이루어지고, 일예로서 제 1 피스 유닛(300a)과 제 2 피스 유닛(300b)의 두 가지 타입으로 제작될 수 있다.
피스 유닛(300)이 제작된 후, 도 10에 도시된 바와 같이, 1차 방벽(30)이 설치되는 1차 단열벽(20)의 상면에 피스 유닛(300)이 배치되기 위한 가이드 라인(M)을 마킹하는 단계가 수행된다. 가이드 라인(M)은 복수 개가 서로 평행하게 연장되도록 마킹되고, 1차 단열벽(20)의 테두리를 구성하는 변들 중 어느 하나와 이루는 각이 제 1 피스(100) 또는 제 2 피스(200)의 상변(110, 210)과 측변(130, 230)이 이루는 각과 동일하게 마킹된다. 가이드 라인(M)의 마킹은 수작업으로 이루어질 수도 있고, 소정의 기계에 의해 자동으로 이루어질 수도 있다.
또한, 제 1 피스(100)의 상변(110)의 길이를 제 1 피스(100)의 너비라 하고, 제 2 피스(200)의 상변(210)의 길이를 제 2 피스(200)의 너비라고 하면, 제 1 피스(100)와 제 2 피스(200)는 서로 동일한 너비를 갖는다고 볼 수 있다. 이때, 가이드 라인(M)은 제 1 피스(100) 및 제 2 피스(200)의 너비와 동일한 간격으로 복수 개가 서로 이격되어 형성될 수 있다.
1차 단열벽(20) 상에 가이드 라인(M)이 마킹되면, 도 11에 도시된 바와 같이 가이드 라인(M)을 따라서 피스 유닛(300)을 배치할 수 있다. 이때, 복수 개의 가이드 라인(M) 중 어느 하나에 피스 유닛(300)의 측변이 접하도록 배치할 수 있다.
피스 유닛(300)을 가이드 라인(M)을 따라서 배치할 때는 도 12에 도시된 바와 같이 제 1 피스 유닛(300a) 두 개와 제 2 피스 유닛(300b) 한 개를 병렬로 배치하여 피스 그룹(400)을 형성하도록 배치할 수 있으며, 1차 단열벽(20) 전체에 걸쳐서 피스 그룹(400)의 단위로 배치를 할 수 있다.
또한, 피스 유닛(300)을 배치할 때, 복수 개의 가이드 라인(M)을 따라 배치하여, 복수 개의 피스 그룹(400)이 하나의 열로 배열되도록 피스 유닛(300)을 배치한다. 이때, 피스 그룹(400)의 복수 개의 열 중 어느 하나의 열의 피스 그룹(400)과 인접하는 다른 열의 피스 그룹(400)은 도 13에 도시된 바와 같이 상기 일 열의 피스 그룹(400)과 도면을 기준으로 상하 방향으로 어긋나게 배치된다.
이로써, 피스 그룹(400)의 상변의 연장선이 인접하게 배치되는 다른 피스 그룹(400)에 속하는 제 1 피스(100) 중 어느 하나에 의해 중단되도록 배치할 수 있다. 이와 같이 배치함으로써, 1차 방벽(30)에 작용하는 응력이 상기 일 열의 피스 그룹(400)의 상변을 따라 작용하더라도 상변의 연장선을 중단하는 제 1 피스(100)의 주름부(140)에 의해 완화될 수 있다는 효과가 있다.
본 실시예에서는 피스 유닛(300)이 선 제작되어 제공되고, 제공된 피스 유닛(300)을 가이드 라인(M)을 따라 배치하는 경우를 예로 들어 설명하나, 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니고, 기 설정된 배치도에 따라 제 1 피스(100)와 제 2 피스(200)를 가이드 라인(M)을 따라 각각 배치하여 피스 그룹(400)을 형성하도록 하는 것도 가능하다. 이 경우, 피스 유닛(300)의 선 용접 공정이 생략되므로 공정이 단순해진다는 효과는 있지만, 1차 단열벽(20) 상에서 이루어지는 용접 작업량이 피스 유닛(300)을 선 용접하는 경우에 비하여 많아진다는 단점이 있다.
한편, 도 14에 도시된 바와 같이 1차 단열벽(20) 상에 코너부(도 15,C)를 제외한 나머지 부분에 피스 유닛(300)의 배치가 완료되면, 가이드 라인(M)을 따라서 겹치기 용접을 하여 서로 인접하는 피스 유닛(300)끼리 밀봉 방식으로 연결되도록 한다. 이때, 하나의 가이드 라인(M)을 따라 정렬된 각 피스 유닛(300)의 측변들이 일 직선을 이루므로, 복수의 가이드 라인(M)들을 따른 직선 용접에 의해 효과적이고 쉽게 용접을 수행할 수 있다는 효과가 있다.
가이드 라인(M)을 따른 직선 용접 이후, 피스 그룹(400)들의 상변과 하변을 따라 겹치기 용접을 하여, 1차 단열벽(20) 상에 배치된 피스들의 용접을 완료할 수 있다.
이때, 상술한 바와 같이 두 개의 열에 각각 속하는 인접하는 두 개의 피스 그룹(400)이 도면을 기준으로 상하 방향으로 어긋나게 배치됨으로써, 피스 그룹(400)의 상변에 대응되는 제 1 용접선과, 가이드 라인(M)에 대응되는 제 2 용접선을 따라 용접될 수 있고, 상기 제 2 용접선은 상기 제 1 용접선의 단부를 지나면서 상기 제 1 용접선과 교차할 수 있다.
또한, 하나의 피스 그룹(400)의 제 1 용접선의 연장선과 교차하는 방향으로 연장되는 주름부(140)가 형성된 피스가 인접하는 피스 그룹(400)에 포함되도록 형성될 수 있다.
본 실시예에서는 가이드 라인(M)을 따르는 용접 이후에 피스 그룹(400)들의 상변과 하변을 따르는 용접이 진행되는 것을 예로 들어 설명하나, 용접의 순서는 자유롭게 변경하여 실시할 수 있다.
이와 같이 피스 그룹(400)의 단위로 피스 유닛(300)이 배치된 상태에서 용접이 이루어짐으로써, 상기 제 1 용접선을 따르는 용접과 상기 제 2 용접선을 따르는 용접 만으로도 1차 방벽(30)의 제작이 가능하므로, 주름부를 타고 넘으면서 용접이 이루어지지도 않고, 용접선의 방향 전환도 현저히 줄어들게 되므로, 결과적으로 용접의 작업성 향상 및 용접 품질의 향상을 가져올 수 있다.
한편, 화물창(1)은 복수 개의 벽이 대략 육면체의 형상으로 형성되는 탱크일 수 있고, 서로 인접하는 벽이 약 90° 또는 135°라운드져서 만나며, 이에 따라 인접하는 두 벽이 만나는 지점에 라운드져서 형성되는 코너부(C)가 존재하게 된다. 이와 관련하여 도 15를 참조하면, 1차 단열벽(20)의 코너부(C)는 1차 단열벽(20)에 대하여 90° 또는 135°라운드져서 연장되며, 이에 따라 코너부(C)에 적어도 일부가 포함되는 제 1 피스(100) 및 제 2 피스(200)는 코너부(C)의 라운드 형상에 따라 일부가 라운드지게 제작된다.
본 실시예에 따른 화물창(1)은, 앞서 설명했다시피 내부의 극저온 LNG에 의해 화물창(1)을 구성하는 벽에 열응력이 작용할 수 있고, 이러한 열응력을 해소하기 위해 주름부(140, 240)가 형성된다.
열응력은 1차 방벽(30)에 있어서 모든 방향으로 작용할 수 있고, 제 1 피스(100)의 제 1 방향(142) 주름부(140)와 제 2 피스(200)의 제 2 방향(242) 주름부(240)에 의해 대부분의 응력이 해소될 수 있다. 다만, 용접선에 해당하는 가이드 라인(M)을 따라 응력이 작용할 경우에는 가이드 라인(M)을 중단시키는 주름부가 없으므로 문제가 될 수 있다. 따라서, 이렇게 가이드 라인(M)을 따라 작용하는 응력도 해소시킬 수 있는 방안이 요구된다. 이에 관하여 도 16을 참조하여 설명하겠다.
도 16은 도 3의 화물창의 1차 방벽에 제공되는 스페셜 피스를 설명하기 위한 도면이다.
도 16을 참조하면, 가이드 라인(M)을 따라 작용하는 응력(F)을 해소하기 위해, 가이드 라인(M) 또는 가이드 라인(M)에 대응되는 상기 제 2 용접선을 중단하는 주름부를 포함하는 중단 피스(100S)가 제공될 수 있다.
중단 피스(100S)에 의해 가이드 라인(M)이 중단됨으로써 중단 피스(100S)가 배치되는 부분에서 용접선의 방향이 전환되는 부분이 증가하게 되어 용접 작업성이 다소 저하될 수는 있지만, 이는 중단 피스(100S)가 배치되는 영역에 국한된 문제이므로, 전체로 봤을 때 용접의 작업성이 크게 저하되는 것은 아니다.
그러나, 가이드 라인(M)에 대응되는 1차 방벽(30) 상의 모든 용접선에 대하여 중단 피스(100S)를 배치해야 하는 것은 아니다. 그 이유를 도 17을 참조하여 설명하겠다. 도 17은 도 3의 1차 방벽의 코너부에서의 응력 분산을 설명하기 위한 도면이다.
도 17을 참조하면, 가이드 라인(M)을 따라 작용하는 응력(F)은 도면의 x 방향 성분(Fx)과 y 방향 성분(Fy)으로 나누어질 수 있는데, 이 중 y 방향 성분(Fy)은 가이드 라인(M)과 접하는 제 2 피스(200)의 주름부(240)에 의해 해소될 수 있다. 또한, 적어도 일부의 가이드 라인(M)의 경우, 코너부(C)에 걸쳐서 배치되어 라운드지게 제작되는 제 1 피스(100)와 접하는데, 이러한 가이드 라인(M)의 경우에는 x 방향 성분(Fx)이 코너부(C)에 걸쳐진 제 1 피스(100)에 의해 해소될 수 있다. 따라서, 이렇게 코너부(C)에 걸쳐서 배치되어 라운드지게 제작되는 제 1 피스(100)와 접하는 가이드 라인(M)에 대하여는 중단 피스(100S)에 의해 중단되도록 할 필요가 없다.
한편, 본 실시예에서는 제 1 피스(100) 및 제 2 피스(200)가, 두 변의 사이각이 예각으로 이루어지는 평행사변형의 형상을 갖는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니고, 제 1 피스(100)와 제 2 피스(200)가 모두 도 18에 도시된 바와 같이 직사각형의 형상을 가지도록 제작되는 것도 가능하다.
그러나 이러한 경우에는 가이드 라인을 따라 작용하는 응력(F)이 y 방향 성분만 존재하므로, 주변의 주름부(140, 240)에 의해 응력(F)이 해소되지 못하게 된다. 따라서, 제 1 피스 및 제 2 피스가 직사각형의 형상인 경우에는 모든 가이드 라인에 대하여 중단 피스가 적어도 하나 이상씩은 제공되어야 할 필요가 발생된다.
이러한 경우에는 도 17에 비하여 용접선의 방향 전환이 필요한 영역이 늘어나게 되므로, 용접 작업성이 저하된다는 단점이 있다. 다만, 이 경우에도 종래의 화물창에 적용되던 1차 방벽의 제조 공정에 비하면 용접 작업성 및 용접 품질이 크게 향상될 수 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 화물창의 멤브레인, 이를 포함하는 화물창 및 그 제조방법의 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
1: 화물창 2: 선체
10: 2차 단열벽 20: 1차 단열벽
30: 1차 방벽 100: 제 1 피스
200: 제 2 피스 110, 210: 상변
120, 220: 하변 130, 230: 측변
140, 240: 주름부 142, 242: 기준선
300: 피스 유닛 300a: 제 1 피스 유닛
300b: 제 2 피스 유닛 400: 피스 그룹

Claims (14)

  1. 평행사변형 형상으로 형성되고, 제 1 방향으로 연장되는 주름부를 갖는 제 1 피스; 및
    상기 제 1 피스에 연결되고, 제 2 방향으로 연장되는 주름부를 가지며, 상기 제 1 피스의 두 변의 사이각과 동일한 사이각을 갖는 평행사변형 형상의 제 2 피스를 포함하고,
    상기 제 1 피스와 상기 제 2 피스는 동일한 길이를 갖는 변이 서로 맞대어져서 용접되어 연결되는 피스 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 피스의 일 변의 연장 방향과 상기 제 1 방향이 직교하고,
    상기 제 2 피스의 일 변의 연장 방향과 상기 제 2 방향이 평행한 피스 유닛.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 피스의 폭이 상기 제 2 피스의 폭보다 크게 형성되는 피스 유닛.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 피스의 마주보는 두 변에 상기 제 2 피스가 각각 연결되는 피스 유닛.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 피스에 복수 개의 상기 제 2 피스가 연달아 연결되고,
    상기 복수 개의 제 2 피스는 동일한 길이를 갖는 변이 서로 맞대어져서 용접되는 피스 유닛.
  6. 복수 개의 용접선들을 따라 용접되는 복수 개의 평행사변형 형상의 피스들에 의해 형성되되,
    상기 피스들의 일부는 일 방향으로 연장되는 제 1 용접선과, 상기 제 1 용접선의 단부를 지나며 상기 제 1 용접선과 교차하는 제 2 용접선에 의해 용접되고,
    상기 피스들 중 적어도 하나는 제 2 용접선에 의해 용접되며, 상기 제 1 용접선의 연장선과 교차하는 방향으로 연장되는 주름부를 갖는 화물창의 멤브레인.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 용접선을 중단하는 주름부를 포함하는 중단 피스가 제공되는 화물창의 멤브레인.
  8. 일 면에서 돌출 형성된 주름부를 포함하는 복수 개의 평행사변형 형상의 피스들이 연결되어 형성되는 피스 유닛을 포함하되,
    복수 개의 상기 피스 유닛들의 테두리가 서로 맞닿게 배치되어 상기 피스 유닛들의 테두리를 따라 용접되고,
    상기 피스 유닛들은 복수 개의 열을 이루며 배치되고,
    하나의 열에 속하는 상기 피스 유닛들은 일직선상에 배치되는 화물창의 멤브레인.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 피스 유닛은,
    제 1 방향으로 연장되는 주름부를 갖는 제 1 피스; 및 상기 제 1 방향의 연장 방향과 교차되는 제 2 방향으로 연장되는 주름부를 갖는 제 2 피스를 포함하며 ,
    상기 제 1 피스의 마주보는 두 변에 상기 제 2 피스가 각각 연결되는 제 1 피스 유닛과, 상기 제 1 피스에 복수 개의 상기 제 2 피스가 연달아 연결되는 제 2 피스 유닛을 포함하는 화물창의 멤브레인.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 피스 유닛은,
    하나 이상의 상기 제 1 피스 유닛과 하나 이상의 상기 제 2 피스 유닛이 교대로 배열되되, 전체로서 평행사변형 형상을 갖는 피스 그룹의 단위로 배열되는 화물창의 멤브레인.
  11. 화물창에 포함되는 단열벽의 상면에 가이드 라인을 마킹하는 단계;
    평행사변형 형상의 피스들을 상기 가이드 라인을 따라서 배치하는 단계; 및
    상기 피스들을 용접하여 연결하는 단계를 포함하고,
    상기 배치하는 단계에서,
    제 1 방향으로 연장되는 주름부를 갖는 제 1 피스와,
    제 2 방향으로 연장되는 주름부를 가지고, 상기 제 1 피스의 두 변의 사이각과 동일한 사이각을 갖는 제 2 피스가 배치되고,
    상기 제 1 방향과 상기 제 2 방향은 서로 교차되는 화물창의 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 마킹하는 단계에서,
    상기 가이드 라인은, 상기 단열벽의 테두리 중 일부와 상기 가이드 라인이 이루는 각이 상기 사이각과 동일하게 형성되는 화물창의 제조방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 마킹하는 단계에서,
    상기 가이드 라인은 복수 개가 서로 평행하게 연장되도록 형성되는 화물창의 제조방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 배치하는 단계에서,
    상기 가이드 라인 중 적어도 어느 하나를 중단하는 주름부를 갖는 중단 피스가 더 배치되는 화물창의 제조방법.

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