KR20170071623A - 독립형 액화가스 저장탱크의 교차적층 된 진공단열패널의 연결 구조 - Google Patents

독립형 액화가스 저장탱크의 교차적층 된 진공단열패널의 연결 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LNG나 LPG 등의 액화가스를 저장하기 위해 설치되는 독립형 액화가스 저장 탱크의 진공단열패널 연결구조에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 심재와 상기 심재를 둘러싸며 내부가 진공으로 형성되는 외피를 가지는 진공단열패널; 및 상기 진공단열패널이 액화가스 저장탱크의 탱크 몸체 외부에 열손실을 방지하기 위해 연달아 교차적층 설치되어 단열이 이루어지는 독립형 액화가스 저장탱크의 교차적층 된 진공단열패널의 연결구조로서, 상기 탱크 몸체 외부에 설치되는 스터드 볼트와; 상기 스터드 볼트를 통하여 상기 탱크 몸체 외부에 부착되는 상기 진공단열패널;을 포함하며, 상기 진공단열패널과 탱크 몸체 사이에 간극을 형성하기 위해 상기 스터드 볼트에 끼워지는 패드;를 포함하며, 상기 패드를 고정하는 고정부재;와 상기 고정부재에 다른 고정부재를 연결하여 상기 진공단열패널을 고정할 수 있도록 하는 독립형 액화가스 저장탱크의 교차적층 된 진공단열패널의 연결구조가 제공된다.

Description

독립형 액화가스 저장탱크의 교차적층 된 진공단열패널의 연결 구조{CROSS STACKED INSULATION PANEL INSTALLATION STRUCTURE OF INDEPENDENT TYPE LIQUEFIED GAS STORAGE TANK}
본 발명은 LNG나 LPG 등의 액화가스를 저장하기 위해 설치되는 독립형 액화가스 저장 탱크의 진공단열패널의 연결구조에 관한 것이다.
천연가스는 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 액화천연가스(LNG) 또는 액화석유가스(LPG)의 상태로 수송선에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다. LNG는 메탄이 주성분인 천연가스를 대기압에서 영하 162℃로 액화시킨 것으로, 액체와 기체의 용적비율은 약 1/600이고, 액화 상태의 비중은 0.43~0.50이다.
LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 LNG를 하역하기 위한 LNG 수송선이나, LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 도착한 후 저장된 LNG를 재기화하여 천연가스 상태로 하역하는 LNG RV(Regasification Vessel)는 액화천연가스의 극저온에 견딜 수 있는 저장탱크(흔히, ‘화물창’이라고 함)를 포함한다.
이 저장탱크는 단열재에 화물의 하중이 직접적으로 작용하는지 여부에 따라 독립형(Independent Type)과 멤브레인형(Membrane Type)으로 분류할 수 있으며, 통상 멤브레인형 저장탱크는 No 96형과 Mark III형으로 나눠지고, 독립형 저장탱크는 MOSS형과 SPB형으로 나눠진다. MOSS형의 독립형 저장탱크의 구조는 대한민국 특허 제10-15063호 등에 기재되어 있고, SPB형의 독립형 저장탱크의 구조는 대한민국 특허 제10-30513호 등에 기재되어 있다.
일반적으로 독립형 저장탱크는 알루미늄 합금이나 SUS 및 9% 니켈 등 저온에 강한 합금으로 제조된 탱크 몸체에 폴리우레탄 폼과 같은 비교적 단단한 단열 패널을 부착시켜 만들어지며, 선체의 내부바닥에 배열되는 복수의 탱크 지지체 상에 놓여진다.
폴리우레탄 폼에 의해 제조된 다수의 단열패널이 탱크 몸체의 외부에 설치되는 액화가스 저장탱크의 단열구조는 대한민국 특허 제10-166608호 등에 기재되어 있다.
이러한 종래기술에 따르면 액화가스 저장탱크의 단열구조는 단열패널이 소정의 두께를 가져야 하기 때문에, 단열 패널 설치 시 하나의 단열 패널의 크기를 일정수준 이상으로 증가시키지 못하는 한계가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 대한민국 공개특허 10-2011-0051407, 10-2011-0046627 등에서는 스터드 볼트와 상기 스터드 볼트에 끼워지는 1차 단열패널과 상기 1차 단열패널을 고정적으로 유지하기 위해 상기 스터드 볼트에 결합되는 고정부재와 상기 고정부재에 결합되어 상기 1차 단열패널 상에 적층되는 2차 단열패널을 포함하는 것을 제공한다.
하지만, 상기 단열패널이 고정부재와 같은 장착부재에 의해 연장될 때, 상기 단열패널의 경계면이 일직선 상으로 적층되므로 대기로부터의 열이 탱크표면까지 도달하는 길이가 짧아 단열성능이 떨어진다. 또한, 스터드 볼트와 고정부재, 그리고, 이를 단열재와 같은 충전부재로 채우지만 그 틈새를 통해 대기로부터 탱크표면으로 열이 침투할 수 있으므로 단열이 완벽하게 이루어지지 않는다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점들을 개선하기 위한 것으로, 탱크몸체에 진공단열패널을 교차적층함으로써 상기 진공단열패널의 경계면을 따라 대기로부터의 열이 탱크 표면까지 도달하는 길이가 길어 단열성능이 개선되고, 단열패널의 두께를 얇게 하면서도 강화된 단열성능을 가질 수 있는 독립형 액화가스 저장탱크의 교차적층 된 진공단열패널의 연결 구조를 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 독립형 액화가스 저장탱크의 교차적층 된 진공단열패널의 연결 구조는 심재와 상기 심재를 둘러싸며 내부가 진공으로 형성되는 외피를 가지는 진공단열패널; 및 상기 진공단열패널이 액화가스 저장탱크의 탱크 몸체 외부에 열손실을 방지하기 위해 연달아 교차적층 설치되어 단열이 이루어지는 독립형 액화가스 저장탱크의 교차적층 된 진공단열패널의 연결구조로서, 상기 탱크 몸체 외부에 설치되는 스터드 볼트와; 상기 스터드 볼트를 통하여 상기 탱크 몸체 외부에 부착되는 상기 진공단열패널;을 포함하며, 상기 진공단열패널과 탱크 몸체 사이에 간극을 형성하기 위해 상기 스터드 볼트에 끼워지는 패드;를 포함하며, 상기 패드를 고정하는 고정부재;와 상기 고정부재에 다른 고정부재를 연결하여 상기 진공단열패널을 고정할 수 있도록 하는 독립형 액화가스 저장탱크의 교차적층 된 진공단열패널의 연결구조가 제공된다.
상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 탱크 몸체의 외부에 연달아 부착되는 진공단열패널을 교차적층하여, 상기 진공단열패널의 경계면을 따라 대기로부터의 열이 탱크표면까지 도달하는 길이가 길어 단열성능을 개선시킬 수 있다. 또한, 스터드 볼트와 고정부재와 같은 장착부재 및 충전부재를 통해 혹은 그 사이의 틈새를 통해 열손실이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 종래의 폴리우레탄 폼 단열패널에 비해 강화된 단열성능을 가질 수 있어 액화가스 적재용량의 운송비용을 최소화할 수 있으며, 단열패널의 두께가 줄어들어 저장탱크의 저장 공간이 증가할 뿐만 아니라 저장탱크의 무게 감소를 가져와 운송비용을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 진공단열패널의 연결구조를 나타내는 도면,
도 2는 본 발명에 따라 진공단열패널이 연결되는 과정을 나타내는 순서도,
도 3은 본 발명에 따라 연달아 교차적층된 진공단열패널의 효과를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따라 보호층이 포함된 진공단열패널의 구성을 나타낸 도면,
도 5는 본 발명에 따른 진공단열패널의 연결구조에 있어서 마감재를 장착하는 방법을 나타낸 도면.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 독립형 액화가스 탱크의 교차적층된 진공단열패널 연결구조를 예시도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1에는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 진공단열패널의 연결구조를 설명하기 위해 단면도가 도시되어 있고, 도 2에는 탱크 몸체의 외부에 장착부재와 진공단열패널이 연결되는 과정을 순서대로 도시화되어 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 독립형 액화가스 탱크의 단열구조는 탱크 몸체(1)의 외부에 진공단열패널(6)이 적층됨으로써 진공단열패널층을 형성하여 이루어진다. 상기 진공단열패널(6)은 열전도율이 매우 낮은 단열재로서 알루미늄 박막을 포함하는 높은 차폐성을 갖는 외피가 내부에 유기계나 무기계열의 기공형 심재의 모든 면을 둘러싸도록 형성된다. 상기 진공단열패널(6)은 저장탱크의 탱크 몸체(1) 외측으로 복수개가 서로 연달아 인접되게 배치되어 하부 진공단열패널층(6a)을 형성하고 상기 하부 진공단열패널층(6a) 위에 진공단열패널이 하나 이상의 층으로 교차적층됨으로써 상부 진공단열패널층(6b)을 형성한다.
상기의 하부 진공단열패널층(6a)은 탱크 몸체(1)와 밀착되지 않고, 패드(2)에 의해 간극(9)이 형성되어 있다. 탱크 몸체(1)와 하부 진공단열패널층(6a) 사이의 간극(9)은 통기공간으로서 활용될 수 있으며, 탱크 몸체(1)의 손상으로 인한 누출 발생 시 누출액의 통로로서도 활용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 진공단열패널의 연결구조에 의하면, 탱크 몸체(1)의 외부면에는 일정한 간격을 두고 스터드 볼트(51)가 설치된다. 스터드 볼트(51)는 용접에 의해 탱크 몸체(1)의 외부면에 고정 장착될 수 있다.
스터드 볼트(51) 위에는 소정의 두께를 갖는 패드(2)가 끼워진다. 상기 패드(2)는 둘레에 비해 중앙부위의 높이가 낮게 단차져 있고 중앙에 관통 홈이 형성되어 있다. 그리하여 상기 스터드 볼트(51)는 패드(2)의 단차부위에 형성된 관통홈을 통과하고, 그 위에 스터드 볼트(51)의 말단을 수용하는 제1 고정부재(3)가 나사결합된다. 상기 제1 고정부재(3)는 일측의 하부 말단(52)이 스터드 볼트(51)와 나사결합하여 제1 고정부재(3)의 측면에 형성되는 누름돌기(53)가 패드(2)를 눌러 패드(2)가 탱크 몸체(1)에 밀착되도록 고정한다. 상기 패드(2)의 중앙부에는 하향으로 단차져서 빈 공간(8)으로 이루어지는 단차부위가 형성되어 있다. 그리하여 스터드 볼트(51)를 상기 단차부위로 관통한 후, 제1 고정부재(3)가 끼워져도 제1 고정부재(3)에서 진공단열패널(6)을 누르는 누름돌기(53)가 상기 단차부위의 빈 공간(8)내에 위치하여 하부 진공단열패널층(6a) 진공단열패널(6)을 밀착시켜 장착하는 데 장애가 되지 않는다.
상기 제1 고정부재(3)에서 스터드 볼트(51)가 결합되는 부위인 하부 말단(52)의 반대측인 상부 말단(54)에는 제2 고정부재(4)의 하부 말단(71)이 수용되도록 연장 나사산이 형성된다.
상기 패드(2) 위에는 하부 진공단열패널 층(6a)을 진공단열패널(6)의 모서리들이 안착되어 고정된다. 다시 말해서 하부 진공단열패널층(6a)을 형성하는 진공단열패널(6)의 각 모서리들은 각각 서로 다른 패드(2) 위에 안착되어 고정된다. 즉, 상기 패드(2)는 진공단열패널(6)의 모서리가 만나는 정점 부분을 수용하고, 상기 진공단열패널(6)의 다른 모서리가 만나는 정점 부분은 또 다른 패드(2)가 이를 수용한다. 상기 진공단열패널(6)은 일정한 간격으로 설치된 패드(2) 위에 연달아 장착되어 탱크 몸체(1)를 감싸고, 패드(2)에 의해 탱크 몸체(1)와 진공단열패널(6) 사이에서 간극(9)의 크기가 일정하게 유지될 수 있다.
패드(2) 위에 각 모서리가 걸쳐져서 장착된 하부 진공단열패널층(6a)의 진공단열패널(6)은 패드(2)를 고정하고 있는 제1 고정부재(3)에 제2 고정부재(4)가 나사결합되어 고정된다. 상기 제2 고정부재(4)는 판형의 누름판(72)과 상기 누름판(72) 하부에 설치되는 하부말단(71)으로 이루어져서, 제2 고정부재(4)의 하부말단(71)이 제1 고정부재(3)에 결합될 때 상기 누름판(72)이 각 진공단열패널(6)의 모서리들을 눌러 고정하도록 이루어져 있다. 이에 따라 상기 진공단열패널(6)은 스터드 볼트(51)와 제1, 제2 고정부재(3)(4)를 포함한 장착부재가 상기 진공단열패널(6)의 모서리가 만나는 정점부분에서 수용된다.
한편, 상기 패드(2)의 중앙부에서 단차진 단차부위의 빈 공간(8)과 진공단열패널(6)의 인접된 진공단열패널(6) 간 사이는 탄성을 가지는 폼이나 무기질 섬유계로 구성되는 단열패드(5)가 채워진다. 상기 진공단열패널(6) 간 사이의 단열패드(5)는 진공단열패널(6) 측면에 미리 부착되어 장착될 수 있거나, 진공단열패널(6)이 장착된 후에 끼워져 장착될 수 있다. 상기 패드는 액화가스가 공급 혹은 배출됨에 따라 탱크 몸체(1)가 수축 혹은 팽창하는 것에 따라 그 폭이 변화할 수 있다.
상기의 진공단열패널(6)은 하부 진공단열패널층(6a) 위에 상부 진공단열패널층(6b)이 복수 개의 층으로 적층될 때, 교차적층 하도록 구성한다. 도 3의 (a)와 같이 인접된 진공단열패널(6)들간에 적층방향의 경계면이 일직선 상으로 적층되면 대기로부터의 열이 탱크표면까지 도달하는 길이가 상대적으로 짧아 단열성능이 떨어진다. 반면, 도 3의 (b)에 도시된 본 발명의 바람직한 실시형태와 같이 진공단열패널(6)이 서로 연달아 교차적층되면, 적층방향의 경계면이 지그재그를 이루어 대기로부터의 열이 탱크표면까지 도달하는 길이가 길어 단열성능이 개선된다. 이는 아래의 수식과 같은 푸리에 법칙에 따라 근거한다.
푸리에 법칙은 다음 수학식 1과 같다.
[수학식 1]
Q = -kA(t2-t1)/L
(여기서 Q; 열전달량, A;단면적, k;열전도율, t2-t1;온도차, L;거리)
상기 푸리에 법칙에 따르면, 전달되는 열량은 단면적에 비례하고, 온도구배에 대해 거리에 반비례한다. 즉, 진공단열패널(6)의 적층방향 경계면이 일직선 상으로 적층되어 시공하는 것보다 지그재그로 교차적층 시공할 경우, 대기로부터의 열이 탱크표면까지 도달하는 길이가 길어지기 때문에 열량을 최소화하여 단열성능을 개선할 수 있음을 알 수 있다.
상기 진공단열패널(6)은 적어도 하나 이상 연달아 적층되면, 도 4에 도시된 바와 같이 적어도 하나는 진공단열패널 상에 보호층(81)을 포함할 수 있다. 상기 보호층(81)은 상기 진공단열패널이 외부의 온도환경이나 압력, 기계적 충격으로부터의 내부 진공훼손을 보호한다.
도 4는 상기 보호층(81)이 포함된 진공단열패널이 맨 상부층에 적층된 경우를 예시하고 있다. 상기 보호층(81)은 진공단열패널 외부에 적층될 수 있으며, 진공단열패널 외면에 코팅될 수 있다. 상기 보호층(81)은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리비닐알콜, 폴리카보네이트, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트와 같은 유기재질의 시트 또는 발포폼, 부직포, 유리섬유와 같은 무기재질의 시트로 형성할 수 있다.
적층된 진공단열패널(6)의 최상부층에는 마감재(7)를 장착한다. 상기 마감재는 갈바륨, 알루미늄, 아연, 스테인리스 강판과 같은 금속재 시트나 탄소섬유, 유리섬유, 암면과 같은 섬유로 보강한 페놀 수지, 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지 또는 열경화 수지의 복합재료 시트 또는 고무시트 또는 나무판재 등이 사용될 수 있다.
마감재를 장착하는 방법은 도 5에 나타내었다. 상기 마감재(7)는 (a)와 같이 진공단열패널(6)에 밀착시키고 수직으로 볼팅(bolting)하여 장착하면 상기 진공단열패널(6) 내부에 형성되어 있는 진공을 훼손시킬 수 있다. 따라서, (b)와 같이 상기 마감재(7)를 90도로 꺾어 수평으로 볼팅하여 죄거나, (c)와 같이 접착제를 상기 마감재(7)와 진공단열패널(6) 사이에 발라 접착제 층(100)에 의한 고정을 유도하거나, 선택적으로는 상기와 같이 마감하고 (d)와 같이 밴드로 고정하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 독립형 액화가스 저장탱크의 교차적층 된 진공단열패널의 연결구조는 진공단열패널(6)과 단열 패드(5), 마감재(7)와 같은 장착부재를 이루는 복합 부재들이 탱크몸체(1) 위에서 조립될 수 있으며, 또는 상기 진공단열패널(6)과 상기 장착부재가 구성되는 진공단열패널층이 모듈화되어 조립된 상태로 탱크에 장착될 수 있다.
본 발명에 따른 독립형 액화가스 저장탱크의 교차적층 된 진공단열패널의 연결 구조는 육상의 독립형 액화가스 탱크 뿐만 아니라, 독립형 액화가스 탱크가 설치되어 있으면서 유동이 발생하는 해상에서 부유된 채 사용하는 해양 구조물 중 어디라도 적용될 수 있으며, LNG나 LPG 등을 운반하는 액화가스 운반선이나 LNG RV(LNG Regasfication Vessel)와 같은 선박을 비롯하여, LNG FPSO(Floating Production, Storage And Offloading)나 LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)와 같은 해상 플랜트 등에 모두 적용될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른, 독립형 액화가스 저장탱크의 교차적층 된 진공단열패널의 연결 구조를 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
1 : 탱크표면 2 : 패드
3 : 제1 고정부재 4 : 제2 고정부재
5 : 단열 패드 6 : 진공단열패널
7 : 마감재 8 : 빈 공간
9 : 간극 51 : 스터드볼트
52 : 제1 고정부재의 하부말단부 53 : 제1 고정부재의 누름돌기
54 : 제1 고정부재의 상부말단 71 : 제2 고정부재의 하부말단
72 : 누름판 81 : 보호층
100 : 접착제 층

Claims (7)

  1. 탱크 몸체 표면에 소정의 간격으로 스터드 볼트를 설치하고, 상기 스터드 볼트를 통해 탱크 몸체 외부를 감싸도록 단열패널을 적층하여 탱크 몸체를 대기로부터 단열하도록 하는 독립형 액화가스 저장 탱크의 단열패널 연결구조에 있어서,
    상기 단열패널은 심재를 둘러싸며 내부가 진공으로 형성되는 외피를 가지는 진공단열패널로 이루어지고,
    상기 진공단열패널을 연달아 배치하여 상기 탱크 몸체를 감싸도록 설치되는 하부 진공단열패널층과 탱크 몸체 사이에 간극을 형성하기 위해 상기 스터드 볼트에 끼워지는 패드;와
    상기 스터드 볼트에 일측의 하부말단이 체결되면서 중간의 누름돌기가 상기 패드를 고정하고 타측의 상부말단에 나사산이 형성되는 제1 고정부재;
    상기 패드 위에 인접된 진공단열패널들의 모서리가 안착되도록 설치되는 하부 진공단열패널층;
    상기 패드 위에 안착된 하부 진공단열패널의 모서리를 상기 제1 고정부재에 연결되어 눌러 고정하도록 누름판이 설치되어 있는 제2 고정부재; 및
    상기 하부 진공단열패널층 상측에 진공단열패널들이 하부의 진공단열패널에 대해 하나 이상의 층으로 교차적층되어 형성되는 상부 진공단열패널층;
    을 포함하여 이루어지는 독립형 액화가스 저장탱크의 교차적층 된 진공단열패널의 연결구조.
  2. 청구항 1항에 있어서, 적어도 하나 이상의 상에 적층되는 보호층을 포함하는 것을 특징으로 하는 독립형 액화가스 저장탱크의 교차적층 된 진공단열패널의 연결구조.
  3. 청구항 2항에 있어서, 상기 보호층은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리비닐알콜, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트 중에서 선택되는 유기재질의 시트 또는 발포폼, 부직포, 유리섬유 중에서 선택되는 무기재질의 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 독립형 액화가스 저장탱크의 교차적층 된 진공단열패널의 연결구조.
  4. 청구항 1항에 있어서, 상기 진공단열패널은 측면과 패드의 중앙부에 형성되는 단차부의 빈 공간에는 탄성을 가지는 폼 패드 또는 무기질 섬유계 패드의 단열패드가 더 포함하는 것을 특징을 하는 독립형 액화가스 저장탱크의 교차적층 된 진공단열패널의 연결구조.
  5. 청구항 1항에 있어서, 상기 최상부층 마감재는 갈바륨, 알루미늄, 아연, 스테인리스 강판 중에서 선택되는 금속재 시트, 또는 페놀 수지, 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지 중에서 선택되는 열경화 수지의 복합재료 시트, 또는 고무시트, 또는 나무판재 중에서 하나 이상이 포함되는 것을 특징으로 하는 독립형 액화가스 저장탱크의 교차적층된 진공단열패널의 연결구조.
  6. 청구항 5항에 있어서, 상기 마감재는 상기 마감재를 90도로 꺾어 수평으로 볼팅하여 죄거나, 접착제로 마감하거나, 마감재를 90도로 꺾어 수평으로 볼팅하여 죄거나 접착제로 마감한 후 밴드로 고정하는 것을 특징으로 하는 독립형 액화가스 저장탱크의 교차적층 된 진공단열패널의 연결구조.
  7. 청구항 1항에 있어서, 상기 진공단열패널층은 진공단열패널에 폼 패드나 섬유계 패드의 단열패널과 마감재가 일체로 부착된, 모듈화 된 진공단열패널이 탱크에 장착되어 이루어진 것을 특징으로 하는 독립형 액화가스 저장탱크의 교차적층 된 진공단열패널의 연결구조.
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