KR20170034548A - 화물창의 단열박스 및 그 제작 방법 - Google Patents

화물창의 단열박스 및 그 제작 방법 Download PDF

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Abstract

화물창의 단열박스 및 그 제작 방법이 개시된다. 본 발명의 화물창의 단열박스는, 선박 또는 해양 구조물의 화물창에 마련되는 단열박스로서, 상기 단열박스의 바닥과 천장을 이루는 판 부재의 상부 및 하부 플레이트; 상기 상부 및 하부 플레이트 사이에 마련되며 상기 단열박스 내부에 이격으로 배치되는 복수의 기둥 부재; 및 각각의 상기 기둥 부재를 감싸도록 마련되는 플렉서블(flexible) 단열재;를 포함하고, 상기 단열박스 내부의 남은 공간에는 단열을 위한 폴리우레탄 폼이 채워지는 것을 특징으로 한다.

Description

화물창의 단열박스 및 그 제작 방법{Insulation Box Of Cargo Tank And Manufacturing Method Of The Same}
본 발명은 화물창의 단열박스 및 그 제작 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단열박스의 바닥을 이루는 판 부재의 하부 플레이트 상에 플렉서블 단열재로 감싼 복수의 기둥 부재를 이격으로 배치하고, 상부 플레이트와 측벽부로 덮어 조립 마감한 후, 단열박스 내부의 남은 공간에는 단열을 위한 폴리우레탄 폼을 채운, 단열박스 및 그 제작 방법에 관한 것이다.
천연가스(natural gas)는 메탄(methane)을 주성분으로 하고, 소량의 에탄(ethane), 프로판(propane) 등을 포함하는 화석연료로서, 최근 다양한 기술 분야에서 저공해 에너지원으로서 각광받고 있다.
천연가스는, 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는 액화된 액화천연가스(LNG)의 상태로 LNG 수송선에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다. 액화천연가스는 천연가스를 극저온(대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태의 천연가스일 때보다 그 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.
액화천연가스 운반선에는 천연가스를 냉각하여 액화시킨 액화천연가스를 보관 및 저장할 수 있는 화물창(cargo, 저장탱크라고도 함)이 구비된다. 액화천연가스의 끓는점은 대기압에서 약 -163℃ 정도이므로, 액화천연가스의 화물창은 액화천연가스를 안전하게 보관하고 저장하기 위해 알루미늄강, 스테인리스강, 36% 니켈강 등과 같은 초저온에 견딜 수 있는 재료로 제작될 수 있으며, 열응력 및 열수축에 강인하고, 열침입을 막을 수 있는 구조로 설계된다.
LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 수요처에 LNG를 하역하기 위한 LNG 수송선, LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 수요처에 도착한 후 저장된 LNG를 재기화하여 천연가스 상태로 하역하는 LNG RV(Regasification Vessel), 최근에는 LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading)나 LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)와 같은 부유식 해상 구조물에도 LNG 수송선이나 LNG RV에 설치되는 저장탱크가 포함된다.
이와 같이 LNG와 같은 액체화물을 해상에서 수송하거나 보관하는 LNG 수송선, LNG RV, LNG FPSO, LNG FSRU 등의 해상 구조물 내에는 LNG를 극저온 상태로 저장하기 위한 저장탱크가 설치되어 있다.
이 저장탱크는 단열재에 화물의 하중이 직접적으로 작용하는지 여부에 따라 독립탱크형(Independent Tank)과 멤브레인형(Membrane Type)으로 분류할 수 있다. 통상 멤브레인형 저장탱크는 GTT NO 96형과 TGZ Mark Ⅲ형으로 나눠지며, 독립탱크형 저장탱크는 MOSS형과 IHI-SPB형으로 나눠진다.
전술한 GTT형 및 TGZ형 탱크구조는 미국 특허 제 6,035,795 호, 제 6,378,722 호, 제 5,586,513 호 및 미국 특허공개 제 2003-0000949 호 등과, 대한민국 특허공개 제 10-2000-0011347 호 및 제 10-2000-0011346 호 등에 기재되어 있다. 또한, 독립탱크형 저장탱크의 구조는 대한민국 특허 제 10-15063 호 및 제 10-305513 호 등에 기재되어 있다.
액화천연가스를 수용하는 화물창에서는 단열성과 안전성이 특히 중요하다. 극저온인 액화천연가스는 온도 변화에 민감하므로, 헐(Hull) 외부의 열이 화물창 내로 침투하면, 액화천연가스가 기화되고 화물창의 안전을 위해서 기화된 천연가스는 외부로 배출시켜 연소시키거나 연료로 사용하여 처리하게 된다. 따라서 수송 효율을 위해 화물창의 단열이 매우 중요하며, 화물창에는 단열구조를 갖춘다. 예를 들어 GTT NO 96형의 저장탱크는, 0.5 ~ 0.7㎜ 두께의 인바(Invar) 강(36% Ni)으로 이루어지는 1차 밀봉벽 및 2차 밀봉벽과, 플라이우드 박스(plywood box)에 펄라이트(perlite)나 폴리우레탄 폼 등의 단열재가 채워진 1차 단열박스 및 2차 단열박스가, 선체의 내부표면상에 번갈아 적층 설치되어 이루어진 구조이다.
본 발명은 이러한 화물창에 마련되는 단열구조에서 단열 성능이 우수하며, 구조적으로 안정되고, 가격경쟁력이 높은 단열박스 및 그 제작 방법을 제안하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선박 또는 해양 구조물의 화물창에 마련되는 단열박스에 있어서,
상기 단열박스의 바닥과 천장을 이루는 판 부재의 상부 및 하부 플레이트;
상기 상부 및 하부 플레이트 사이에 마련되며 상기 단열박스 내부에 이격으로 배치되는 복수의 기둥 부재; 및
각각의 상기 기둥 부재를 감싸도록 마련되는 플렉서블(flexible) 단열재;를 포함하고,
상기 단열박스 내부의 남은 공간에는 단열을 위한 폴리우레탄 폼이 채워지는 것을 특징으로 하는 화물창의 단열박스가 제공된다.
바람직하게는 상기 단열박스는, 상기 상부 및 하부 플레이트 단부를 연결하여 상기 단열박스의 벽체를 이루는 측벽부를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 측벽부는 투명 판재로 마련되되, 상기 단열박스의 내부에 폴리우레탄 폼을 도포하기 위한 적어도 하나의 노즐 통과용 홀(hole)이 마련될 수 있다.
바람직하게는, 상기 측벽부의 내측에는 상기 폴리우레탄 폼의 도포에 앞서, 상기 폴리우레탄 폼으로부터 상기 측벽부의 분리 또는 해체를 위한 이격제가 도포될 수 있다.
바람직하게는 상기 단열박스는, 상기 상부 및 하부 플레이트의 모서리 부분에 배치되어 상기 상부 및 하부 플레이트를 지지하는 복수의 T자형 서포트(support)와, 상기 T자형 서포트의 주위를 감싸도록 마련되는 서포트용 플렉서블 단열재;를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 플렉서블 단열재 및 서포트용 플렉서블 단열재는 링 형태로 사전 제작되어 상기 기둥 부재 및 T자형 서포트에 끼워서 조립될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박 또는 해양 구조물의 화물창에 마련되는 단열박스의 제작 방법에 있어서,
1) 상기 단열박스의 바닥을 이루는 판 부재의 하부 플레이트 상에, 복수의 기둥 부재를 이격으로 배치하는 단계;
2) 각각의 상기 기둥 부재를 플렉서블(flexible) 단열재로 감싸는 단계;
3) 상기 기둥 부재의 상부에 상부 플레이트를 덮어 조립하고, 측면에는 측벽부를 조립 마감하는 단계; 및
4) 상기 단열박스 내부의 남은 공간에 단열을 위한 폴리우레탄 폼을 채우는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화물창의 단열박스의 제작 방법이 제공된다.
바람직하게는, 상기 플렉서블 단열재는 링 형태로 사전 제작되어 상기 기둥 부재에 끼워서 조립되고,
상기 측벽부에는 적어도 하나의 노즐 통과용 홀(hole)을 마련하여, 상기 노즐 통과용 홀로 상기 폴리우레탄 폼을 도포하여 상기 단열박스의 공간을 채워 제작할 수 있다.
본 발명의 화물창의 단열박스 및 그 제작방법에 따르면, 가공성이 높아 제작이 용이하며 원가 경쟁력을 높일 수 있다. 또한, 단열박스 내의 void space 발생을 방지할 수 있어, 단열성능이 우수한 단열박스를 제공할 수 있게 된다.
도 1 내지 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 화물창의 단열박스의 개략적인 제작 과정을 도시하며, 도 4 및 5는 완성된 단열박스의 단면을 개략적으로 도시한다.
도 6은 화물창에 단열박스를 배치한 모습을 개략적으로 도시한다.
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 1 내지 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 화물창의 단열박스의 개략적인 제작 과정을 도시하였고, 도 4 및 5에는 완성된 단열박스의 단면을 개략적으로 도시하였다.
도 1 내지 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른, 선박 또는 해양 구조물의 화물창에 마련되는 단열박스는, 단열박스의 바닥과 천장을 이루는 판 부재의 상부 및 하부 플레이트(10T, 10B)와, 상부 및 하부 플레이트 사이에 마련되며 단열박스 내부에 이격으로 배치되는 복수의 기둥 부재(20)와, 각각의 기둥 부재를 감싸도록 마련되는 플렉서블(flexible) 단열재(30)를 포함하고, 단열박스 내부의 남은 공간에는 단열을 위한 폴리우레탄 폼이 채워진 구조이다.
상부 및 하부 플레이트의 모서리 부분에는 상부 및 하부 플레이트를 지지하는 복수의 T자형 서포트(support)(25)를 배치한다. T자형 서포트의 주위는 서포트용 플렉서블 단열재(35)로 감싼다.
기둥 부재(20)를 감싸는 플렉서블 단열재(30) 및 T자형 서포트(25)를 감싸는 서포트용 플렉서블 단열재(35)는, 예를 들어 우레탄이나 바소텍트(Basotect)일 수 있고, 글라스 울(glass wool)일 수도 있다. 이를 기둥 부재 및 T자형 서포트의 형상에 맞추어 링 형태로 사전 제작한 후, 기둥 부재 및 T자형 서포트에 끼워서 조립할 수 있다.
단열박스에서, 상부 및 하부 플레이트 단부를 연결하여 단열박스의 벽체를 이루는 측벽부(15)가 측부 4면에 마련된다.
측벽부(15)는 투명 판재, 예를 들어 투명 아크릴로 마련될 수 있고, 단열박스의 내부로 폴리우레탄 폼을 도포하기 위한 노즐 통과용 홀(hole)(H)이 마련된다. 측벽부를 투명 판재로 마련하여, 단열박스 내부의 폴리우레탄 폼 발포 과정이 가시(可視)화됨으로써, 불완전한 발포에 의해 단열박스 내부 void space가 발생하는 것을 막고 단열박스의 단열성을 높일 수 있다. 측벽부(15)는 단열박스 내부에서 발포된 폴리우레탄 폼의 경화(curing)가 완료된 후 제거될 수 있다.
노즐 통과용 홀은 복수로 마련될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 노즐 통과용 홀(H)을 통해 단열박스 내부에 폴리우레탄 원액을 주입하고 이를 발포 팽창시켜 폴리우레탄 폼으로 단열박스 내부 공간을 채우게 된다. 주입되는 원액의 양은 단열박스 내부 공간의 부피를 기준으로 하여 계산할 수 있다. 내부 공간은 글라스 울로 채우는 것도 가능하나, 글라스 울을 주단열재로 하면 대류 방지를 위해 여러 층으로 구성하고, 층간에는 통기되지 않는 소재를 삽입하여야 한다. 기둥 부재가 있는 내부 공간에 이러한 작업을 하는 것은 복잡하고, 글라스 울을 정밀하게 펀칭 가공하여 삽입하기도 어렵다. 본 실시예는 주단열재로 폴리우레탄 폼을 단열박스 내부에 주입하여 발포 팽창시켜 제작하며, 특히 투명 아크릴을 통해 내부의 작업 상황을 확인할 수 있어 작업이 용이하다. 폴리우레탄 폼은 글라스 울에 비해 단열성능 또한 우수하므로, 단열박스의 단열성도 높일 수 있는 장점도 있다.
특히, 제작시 폴리우레탄 폼의 발포 압력에 의해 기둥 부재를 감싼 플렉서블 단열재나 글라스 울이 압축될 수 있는데, LNG 등의 저온화물을 화물창에 수용한 운항 조건에서 단열박스 내부의 폴리우레탄 폼이 수축되더라도, 압축되었던 플렉서블 단열재나 글라스 울이 recover되면서 단열박스 내부에 void space가 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.
이처럼 본 실시예는 폴리우레탄 폼의 취약점인 열수축량을, 탄성도 높은 플렉서블 단열재나 글라스 울로 보상할 수 있도록 구성함으로써, void 발생을 차단하여 단열박스, 나아가 화물창의 단열성을 유지하여 증발가스 발생을 감소할 수 있도록 한다.
한편, 단열박스 공간 내부에 폴리우레탄 폼을 도포하기에 앞서, 이격제를 측벽을 이루는 투명 아크릴 내측면에 도포함으로써, 폴리우레탄 폼으로부터 측벽부(15)의 분리 또는 해체를 용이하게 할 수 있다. 폴리우레탄 폼의 curing이 완료된 후 측벽부(15)를 제거한 최종적인 단열박스의 단면 형상은 도 5에 도시된 것과 같다.
이상에서 살펴본 바와 같은 단열박스의 제작 과정을 개략적으로 살펴보면, 1) 단열박스의 바닥을 이루는 판 부재의 하부 플레이트(10B) 상에, 복수의 기둥 부재(20)를 이격으로 배치하고, 모서리 부분에 T자형 서포트(25)를 배치하는 단계; 2) 각각의 기둥 부재를 링 형태로 사전 제작된 플렉서블(flexible) 단열재(30)로 감싸고, T자형 서포트는 서포트용 플렉서블 단열재(35)로 감싸 조립하는 단계; 3) 기둥 부재의 상부에 상부 플레이트(10T)를 덮어 조립하고, 측면에는 측벽부(15)를 조립 마감하는 단계; 및, 4) 단열박스 내부의 남은 공간에 단열을 위한 폴리우레탄 폼을 채우는 단계로 이루어지게 된다.
단열박스의 측벽부(15)에 마련된 노즐 통과용 홀(H)을 통해, 폴리우레탄 원액을 주입하여 이를 발포 팽창시킴으로써 폴리우레탄 폼으로 단열박스의 공간을 채울 수 있다. 폴리우레탄 폼의 curing이 완료되면 측벽부(15)는 제거할 수 있다.
도 6에는 화물창에 단열박스를 배치한 모습을 개략적으로 도시하였다. 이와 같이, 전술한 바와 같이 제작된 단열박스(PB)를 배치한 후, 단열박스 간의 모서리 부분에는 체결 장치(securing device)(200)로 고정하고, 단열박스 사이의 공간에는 글라스 울과 같은 단열재(100)로 채워 화물창을 구성한다. 단열박스 사이 공간을 두께 방향으로 압축된 글라스 울로 채움으로써, 운항조건에서 단열박스의 X, Y 축 방향 열수축을 상쇄시킬 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.
10T: 상부 플레이트
10B: 하부 플레이트
15: 측벽부
20: 기둥 부재
25: T자형 서포트
30: 플렉서블 단열재
35: 서포트용 플렉서블 단열재

Claims (8)

  1. 선박 또는 해양 구조물의 화물창에 마련되는 단열박스에 있어서,
    상기 단열박스의 바닥과 천장을 이루는 판 부재의 상부 및 하부 플레이트;
    상기 상부 및 하부 플레이트 사이에 마련되며 상기 단열박스 내부에 이격으로 배치되는 복수의 기둥 부재; 및
    각각의 상기 기둥 부재를 감싸도록 마련되는 플렉서블(flexible) 단열재;를 포함하고,
    상기 단열박스 내부의 남은 공간에는 단열을 위한 폴리우레탄 폼이 채워지는 것을 특징으로 하는 화물창의 단열박스.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 단열박스는
    상기 상부 및 하부 플레이트 단부를 연결하여 상기 단열박스의 벽체를 이루는 측벽부를 더 포함하는 화물창의 단열박스.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 측벽부는 투명 판재로 마련되되, 상기 단열박스의 내부에 폴리우레탄 폼을 도포하기 위한 적어도 하나의 노즐 통과용 홀(hole)이 마련되는 것을 특징으로 하는 화물창의 단열박스.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 측벽부의 내측에는 상기 폴리우레탄 폼의 도포에 앞서, 상기 폴리우레탄 폼으로부터 상기 측벽부의 분리 또는 해체를 위한 이격제가 도포되는 것을 특징으로 하는 화물창의 단열박스.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 단열박스는
    상기 상부 및 하부 플레이트의 모서리 부분에 배치되어 상기 상부 및 하부 플레이트를 지지하는 복수의 T자형 서포트(support); 및
    상기 T자형 서포트의 주위를 감싸도록 마련되는 서포트용 플렉서블 단열재;를 더 포함하는 화물창의 단열박스.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 플렉서블 단열재 및 서포트용 플렉서블 단열재는 링 형태로 사전 제작되어 상기 기둥 부재 및 T자형 서포트에 끼워서 조립되는 것을 특징으로 하는 화물창의 단열박스.
  7. 선박 또는 해양 구조물의 화물창에 마련되는 단열박스의 제작 방법에 있어서,
    1) 상기 단열박스의 바닥을 이루는 판 부재의 하부 플레이트 상에, 복수의 기둥 부재를 이격으로 배치하는 단계;
    2) 각각의 상기 기둥 부재를 플렉서블(flexible) 단열재로 감싸는 단계;
    3) 상기 기둥 부재의 상부에 상부 플레이트를 덮어 조립하고, 측면에는 측벽부를 조립 마감하는 단계; 및
    4) 상기 단열박스 내부의 남은 공간에 단열을 위한 폴리우레탄 폼을 채우는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화물창의 단열박스의 제작 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 플렉서블 단열재는 링 형태로 사전 제작되어 상기 기둥 부재에 끼워서 조립되고,
    상기 측벽부에는 적어도 하나의 노즐 통과용 홀(hole)을 마련하여, 상기 노즐 통과용 홀로 상기 폴리우레탄 폼을 도포하여 상기 단열박스의 공간을 채워 제작하는 것을 특징으로 하는 단열박스의 제작 방법.
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KR20190052906A (ko) * 2017-11-09 2019-05-17 대우조선해양 주식회사 복합 소재의 셀로 이루어진 액체화물창용 단열 패널 구조체 및 이것의 제작 방법

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