KR20170100610A - 모듈식 산업 플랜트용 조립 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하나가 다른 하나 위에 적층된 2개 이상의 층으로 배열되는 복수의 입방체 형상 설비 모듈(20, 40, 40a, 40c)을 갖는 모듈식 설비, 특히 모듈식 산업 설비에 관한 것으로, 상기 모듈은 체결점(24, 24', 44, 44')을 갖는 지지 구조체를 구비하며, 상기 체결점은 모듈을 그 위에 및/또는 아래에 배치된 층의 인접하는 모듈의 대응하는 체결점에 연결하기 위해 제공된다. 수평면에서, 하나의 층의 모듈은 그 위에 및/또는 아래에 배치된 층의 인접하는 모듈에 형태 끼워맞춤 방식으로 이중 원뿔 또는 이중 원뿔대의 형상을 가지는 연결요소(64)에 의해 연결된다. 인장요소(62)를 갖는 하나 이상의 인장장치(62, 70, 80)가 제공되며, 상기 인장 요소는 최하층 모듈 (40a) 또는 기반 블록(6)이 최상층 모듈(40c)에 대해 수직을 따라서 인장력으로 작용할 수 있고, 상기 최하층(12)과 상기 최상층(11) 사이의 모듈이, 그 위 및/또는 아래에 배치된 층의 인접하는 모듈과 함께 상기 체결점에서 억지 끼워맞춤으로 함께 가압됨으로써, 정위치에 고정된다.
Description
본 발명은 모듈식 설비, 특히 모듈식 산업 설비, 공급 설비, 생산 설비 등에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 독립 청구항의 전제부에 따르는 설비용 모듈, 및 모듈식 설비를 구성하기 위한 조립 세트에 관한 것이다.
특정 설비, 특히 산업 설비, 공급 설비, 생산 설비 등에 대해서는, 예를 들어 새로운 요구 사항에 신속하고 효율적으로 적응할 수 있도록 이들 설비를 모듈 방식으로 구성하는 것이 바람직할 수 있다. 이것은 화학제품 생산 설비의 경우, 예를 들어 생산할 제품의 변경으로 개별 구성요소를 조정하거나 교환할 필요가 있을 때일 수 있다. 그러한 대형 화학제품 설비는 흔히, 하나 위에 다른 하나가 배치되는 복수의 조립 층에서 상당히 많은 수의 설비 모듈을 배열할 필요가 있다. 이 목적을 위해, 몇 가지 유형의 개방형 골격 구조 및 폐쇄형 건물이 종래 기술에 공지되어 있다.
산업 설비에서는, 예를 들어, 모터, 터빈 등과 같이 진동을 발생하는 설비 요소가 종종 사용된다. 따라서, 산업 설비는 바람직하게는, 그러한 진동이 전체 구조체에 전파되거나 축적될 수 없도록 구성해야 한다.
대형 산업 설비, 특히 화학제품 제조 설비나 정유 공장은 지진이나 폭풍과 같은 자연 재해에 특히 취약하다. 그러한 재앙에 대한 위험이 증가된 지역이나, 특히 위험 지역, 예를 들어, 조밀한 인구 밀집 지역에서는, 극단적인 외부 영향에도 견딜 수 있도록 그러한 설비를 구성해야 한다. 종종 존재하는 그러한 설비의 공간적 치수뿐만 아니라 모듈식 구성은 상기 요구 사항을 충족시키기가 매우 어렵다. 또한, 개별 설비 모듈 (구성요소)의 개수, 유형, 크기 및 중량은 일반적으로 설비마다 크게 다르다. 게다가, 설비의 가동률이 변동되거나, 설비가 재건되고 설비 모듈이 교체, 제거 또는 추가되므로, 설비의 특성은 그 수명이 다하는 동안 크게 변할 수 있다. 그러한 설비의 지지 구조체가 새로운 환경에 적응하려면, 일반적으로 복잡한 그의 아키텍처에, 복잡하고 비용이 많이 드는 동적 구조-기계적 분석을 기반으로 하는 값비싼 변형이 종종 필요하다.
마찬가지로, 모듈식 구성은 예를 들어, 원격 위치로 운반하여 재건하기 위해, 효율적으로 분해되고 운반 가능하게 만들어져야 하는 산업 설비용으로 유리하다. 가능한 응용 분야의 예로는 발전소, 광산업에서 필요한 처리 설비, 제어 설비 등이 있는데, 몇 년 후에는 업데이트를 해야 할 수도 있다.
EP 0572814 A1에는 중첩된 룸을 갖는 다양한 건물 세그먼트를 갖는 다층 구조 유닛을 구비한 화학제품 설비가 개시되어 있다. 관련 연결과 함께 설비 구성요소는 이동식 스탠드 상에서 이들 룸에 수용되어 있다. 설비 구성요소는 룸에서 신속하게 제거할 수 있으며 스탠드 상에서 측면으로부터 교환할 수 있다. 반면에, 기초 구조체는 고정되어 있으며, 쉽게 수정하거나 교환할 수 없다.
모듈식 시스템은 이들을 효율적으로 운반할 수 있도록 비교적 작은 부피의 개별 부품으로 구성하는 것이 유리하다. 이어서, 조립 및 해체는 주요 구성상의 부담없이 가능해야 한다.
예를 들어, 대형 건설 현장용으로 임시 건물을 세우기 위해, 표준 화물 컨테이너 크기의 개별 모듈을 조립하는 것이 공지되어 있다. 그러한 모듈식 시스템은 모듈의 표준 크기로 인해 운반이 용이하며, 일반적인 화물 컨테이너와 동일하게, 서로 좌우 및 상하로 적층시킬 수 있다. 그러나, 그러한 구조는 단지 제한된 안정성을 가지며, 특히, 예를 들어, 지진 발생 동안 일어나는 것과 같은 높은 기계적 응력으로부터 보호되지 않는다.
특히, 지진 및 폭풍과 같은 자연 재해로부터 보호되는 건물을 구축하기 위한 더 많은 시스템이 종래 기술로부터 공지되어 있다.
US 6, 151, 844에는 인장로드를 통해 수직 방향으로 예비인장된(pretensioned) 벽 요소를 갖는 1 층 또는 다층 건물을 생성하기 위한 구조가 기재되어 있다. 벽 요소의 예비인장으로 인해, 외부 바람의 영향 및 지진에 대해 안정화된다.
WO 2005/121464 A1에는 빔이 묶여서 연결 노드를 형성함으로써, 빔으로부터의 힘이 이들 노드에 집중적으로 전달되는 내진(earthquake-resistant) 모듈식 건물용 프레임 구조가 기재되어 있다.
WO 95/30814 A1에는 에너지 흡수용 댐핑 요소에 의해 연결되는 변형가능한 수직 코어 건물 및 이를 둘러싸는 외부 구조체로 구성된 진동 감쇠 및 내진 건물이 기재되어 있다. 외부 구조체는 진동을 감쇠하면서 하부면 상에서 지지되는 하부, 및 그 위에서 지지되는 상부를 포함한다.
US 4, 766, 708에는 진동 감쇠식 건물 구조체용 모듈식 시스템이 기재되어 있다. 이 시스템은 모듈식 유닛이 삽입될 수 있는, 본질적으로 직사각형의 수용 영역을 지닌 프레임 구조를 갖는다. 수용 영역은 각각 방진 요소를 갖는다.
WO 2014/074508 A1에는 각각의 경우에, 코너에서 만나는 8개의 적층 입방체 형상 모듈이 플레이트에 의해 결합되는 모듈식 유닛을 연결하기 위한 시스템이 기재되어 있다. 연결 플레이트는 코너에서 접하는 4개의 하부층 모듈의 루프 빔에 나사 결합된다. 4개의 상부층 모듈은 그들의 베이스 빔과 함께 연결 플레이트 상에 놓이며, 환형핀에 의해 모듈의 정확한 배향이 보장된다. 각각의 경우에, 2개의 중첩된 연결요소는 모듈의 수직 모서리에서 지지칼럼 내의 인장로드에 의해 함께 보강된다. 이는 서로 닿는 8개의 모든 모듈이 그들의 코너에서 형태 끼워맞춤(form-fit) 및 억지 끼워맞춤(force-fit) 되게한다. 이들 개별 연결점은 모듈을 통해 서로 간접적으로만 연결되는 의미에서, 기계적으로 서로 절연되어 있다.
GB 1244356에는 복수의 입방체 형상 모듈로 구성된 건물의 모듈식 구성을 위한 또 다른 시스템이 기재되어 있다. 모듈은 중공 프로파일 형태의 4개의 수직 지지칼럼을 포함하며, 대향 배치된 2개의 측면은 모서리에서 교차 보강대에 연결되고, 다른 대향 배치된 2개의 측면은 측벽을 통해 파형 패널 형태로 연결된다. 모듈은 천장 패널에 의해 상부가 폐쇄되고 바닥 패널에 의해 바닥이 폐쇄된다. 각각의 경우에, 8개의 상호 맞닿는 모듈의 지지칼럼은 연결요소에 의해 코너에서 형태 끼워맞춤 방식으로 서로 수평 연결된다. 모든 중첩된 모듈의 정렬된 지지칼럼이 서로에 대해 보강되는 인장로드는 지지칼럼에 배치된다. 이것은 그들의 코너에서 서로 맞닿는 모듈의 형태 끼워맞춤 및 억지 끼워맞춤 연결을 가져온다. 여기에서도 연결점은 기계적으로 서로 절연되어 있다.
WO 2010/031129 A1에는 복수의 모듈로 구성된 건물의 모듈식 구성을 위한 또 다른 시스템이 개시되어 있다. 각각의 경우에 2개의 수직 지지칼럼은, 종방향으로 2개의 양측벽 상의 입방체 형상 모듈에서 외부면 상에 배치된다. 지지칼럼은 약간 편위되어 있어, 횡으로 인접한 2개의 모듈의 지지칼럼이 종방향으로 서로 동일면으로 된다. 대응하는 2개의 모듈은 이들 지지칼럼과 함께 나사 결합됨으로써 서로 고정된다. 인접한 모듈은 유사한 방식으로 종방향으로 연결된다. 중첩된 모듈의 지지칼럼은 정확한 배향을 보장하는 중심맞춤 요소와 일직선으로 배치된다. 마찬가지로, 정렬된 지지칼럼은 쌍으로 함께 나사 결합된다. 이는 모서리에서 서로 맞붙는 4개의 모듈이 형태 끼워맞춤 방식으로 연결되는 연결점을 가져온다. 각 모서리에는 1개 또는 2개의 그러한 연결점이 제공된다. 이들 개별 연결점은 기계적으로 서로 절연되어 있다.
WO 2004/094752 A1에는 건물의 모듈식 구성을 위한 또 다른 시스템이 개시되어 있다. 중첩된 모듈의 지지칼럼 사이에는, 외부 플랜지 및 다양한 피치각을 지닌 상부 및 하부 원뿔대를 갖는 연결요소가 배치되어 있다. 관통공은 원뿔대 및 플랜지와 일직선으로 배치된다. 설치된 상태에서, 하나의 연결모듈의 플랜지는 그 아래에 있는 모듈의 지지칼럼 상에 안착되고, 그 위에 있는 모듈의 지지칼럼은 연결요소의 플랜지 상에 안착된다. 연결요소의 원뿔대는 지지칼럼 내의 대응하는 원뿔 형상 오목부에 배치된다. 연속적인 인장로드는 모든 중첩된 지지칼럼 및 연결요소를 통해 수직으로 배치되며, 모듈은 인장로드를 통해 수직 방향으로 서로 보강된다. 모듈이 횡으로 이동하면, 일정 변위 거리 후에 연결요소의 경사진 원뿔 벽이 지지칼럼의 수용 개구의 경사진 원뿔 벽 상에 안착됨으로써, 추가적인 횡방향 변위가 인장로드의 스프링력을 이기고 종방향 변위를 야기하며, 따라서 충격 흡수기로서 작용하는 것이 제공된다. 2개의 인접한 원뿔대 요소를 갖는 연결요소가 추가로 제공되며, 이를 통해 횡으로 인접한 2개의 모듈이 코너에서 서로 연결될 수 있다. 여기에서도 전체 구조체 모듈의 개별 연결점은 기계적으로 서로 절연되어 있다.
이들 시스템 중 어느 것도 유연하게 설계되거나, 효율적으로 조립 및 분해될 수 있으며, 모듈을 쉽게 운반할 수 있고, 동시에 지진이나 폭풍과 같은 극한의 기계적 응력으로부터 안전한 모듈식 산업 설비의 구현을 가능케 하지 않는다.
따라서, 당해 분야에는 진전에 대한 일반적인 요구가 존재한다.
본 발명의 목적은, 전술한 단점들을 해결하기 위한 모듈식 설비를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 모듈식 설비는 설비의 계획 및 설계를 유리하게해야 한다. 상기한 모듈식 설비를 효율적으로 조립 및 분해할 수 있어야 한다. 동시에, 모듈식 설비는 지진이나 폭풍과 같은 극한의 기계적 응력뿐만 아니라, 일반적인 기상의 영향으로부터도 안전해야 한다.
설비의 개별 모듈은 운반이 용이하고, 개별 설비 모듈의 기초 구조체는 비용 효율적으로 제조하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 개별 모듈로부터 모듈식 설비를 구성할 수 있는 조립 세트를 제공하는 데 있다.
이들 및 기타 목적은 독립항에 따라, 본 발명에 따른 모듈식 설비, 모듈식 설비를 위한 본 발명에 따른 모듈, 및 본 발명에 따른 모듈식 설비를 구성하는 조립 세트에 의해 달성된다. 추가의 바람직한 실시예는 종속항에 기재되어 있다.
본 명세서의 범위 내에서, 용어 "모듈식 설비" 는 다른 것 중에서도, 개별 모듈로 구성된 산업 설비, 예를 들어, 다양한 구성요소 (예를 들어, 반응기, 탱크, 필터, 펌프, 열교환기 등)가 전형적으로, 가령 라인 등을 통해 서로 작동적으로 연결되는 화학제품 생산 설비를 말한다.
또한, 그러한 산업 설비는 가령, 광산업에서 암석을 분쇄, 세척, 분류 또는 운반하는 장치 같은 기타 처리 설비를 포함할 수도 있다. 발전소는 모듈식 구성을 가질 수도 있다. 예를 들어, 탄소 함유 물질을 이용하여 에너지를 발생시키는 설비가 본 출원인에 의해 WO 2011/061299 A1으로부터 공지되어 있다. 그러한 설비는 모듈식 설비로서도 구현할 수 있다.
용어 "모듈식 설비"는 본질적으로 모든 기술 또는 산업 설비 및 개별 모듈, 특히 화학제품 생산 설비, 발전소, 공급 설비, 정제 설비, 처리 설비 등을 비롯하여, 저장 시스템, 주차 설비, 및 개별 모듈로 구성될 수 있는 모듈식 건물과 같은 기타 설비이거나, 그들로 구성될 수 있는 유닛을 포함하는 것을 당업자라면 분명히 알 수 있다.
하나가 다른 하나 위에 적층된 2개 이상의 층으로 배열되는 복수의 입방체 형상 설비 모듈을 갖는 본 발명에 따른 모듈식 설비, 특히 모듈식 산업 설비에 관한 본 발명의 제 1측면에 있어서,
- 상기 모듈은 체결점을 갖는 지지 구조체를 구비하며, 상기 체결점은 모듈을 위 및/또는 아래에 배치된 층의 인접하는 모듈의 대응하는 체결점에 연결하기 위해 제공되며;
- 수평면에서, 하나의 층의 모듈은 그 위 및/또는 아래에 배치된 층의 인접하는 모듈에 형태 끼워맞춤 방식으로 연결되고;
- 인장요소를 갖는 하나 이상의 인장장치가 제공되며, 상기 인장 요소는 최하층 모듈 또는 기반 블록이 최상층 모듈에 대해 수직을 따라서 인장력으로 작용할 수 있고, 상기 최하층과 상기 최상층 사이의 모듈이, 그 위 및/또는 아래에 배치된 층의 인접하는 모듈과 함께 상기 체결점에서 억지 끼워맞춤으로 함께 가압됨으로써, 정위치에 고정되며;
- 제 1평면을 규정하는 3개 이상의 지지요소는 상기 모듈의 지지 구조체의 상측에 배치되고, 상기 제 1평면과 평행한 제 2평면을 규정하는 3개 이상의 지지요소는 상측으로부터 떨어져서 대향하는 상기 지지 구조체의 하측에 배치되고, 상기 지지요소는 상기 모듈의 체결점으로서 사용되며;
- 상측의 하나의 지지요소 및 각각의 경우에 하측의 하나의 지지요소는 쌍을 형성하고, 평면의 법선과 평행한 직선을 따라서 서로 정렬되며;
- 상기 지지요소는 원뿔형 오목부를 가지며;
- 인접한 층의 2개의 인접하는 모듈의 서로 대향하는 2개의 지지요소는 연결요소에 의해 연결되고, 상기 연결요소는 이중 원뿔 또는 이중 원뿔대의 형상을 가지며, 각각의 경우에 연결요소의 하나의 원뿔 또는 원뿔대는 2개의 지지요소 중 하나의 원뿔형 안착부에 배치되며, 직접 동일면으로(direct flush alignment) 그 위에 안착된다.
상기 연결요소의 원뿔형 측면과 상기 지지요소의 안착부의 원뿔형 측면은, 연결요소의 원뿔 또는 원뿔대가 지지요소의 원뿔형 안착부와 동일면으로 안착되고, 관련 모듈이, 상기 원뿔 또는 원뿔대의 측면의 일부가 아닌, 특히 상기 이중 원뿔 또는 이중 원뿔대의 종방향 축에 수직인 상기 연결요소의 면이 아닌 면에 안착되지 않도록 형성된다.
각각의 경우에 모듈의 2쌍의 지지요소 사이에는 지지칼럼이 배치될 수 있다. 지지칼럼은 수직을 따라서 정하중을 흡수한다.
상기 인장장치는 유리하게는, 최하층 모듈에 인장요소용 앵커, 및 인장요소가 인장될 수 있고/있거나 인장 응력이 유지될 수 있는 장력부여장치를 포함한다. 인장요소는 예를 들어, 단일 인장로드 또는 복수의 평행 인장로드나 단일 인장 케이블 또는 복수의 평행 인장 케이블로서 설계될 수 있다. 상기 인장장치는 외부 인자, 예를 들어, 온도의 변화로 인한 인장요소의 길이 변화에 대해 어느 정도 보상할 수 있는 스프링 요소를 갖는 것이 특히 유리하다.
전술한 본 발명에 따른 설비의 하나의 유리한 변형에서, 지지모듈을 갖는 층과 하나 이상의 기능모듈을 갖는 층은 하나가 다른 하나 위에 교대로 배열된다.
전술한 본 발명에 따른 설비의 또 다른 유리한 변형에서, 상기 모듈은, 모듈의 하나 이상의 층에 관해, 상기 층의 2개 이상의 모듈의 체결점이 그 위에 및/또는 아래에 배치된 층의 공통 모듈의 체결점에 연결되도록 배열된다. 결과적으로, 하나의 층의 인접한 모듈은 다른 층의 공동으로 연결된 모듈을 통해 기계적으로 연결되어, 전체 설비에 대한 보강을 가져온다.
전술한 본 발명에 따른 설비의 다른 유리한 변형에서, 상기 모듈은, 모듈의 적어도 일부가 3 차원 격자를 형성하도록 맞물려서 적층된다. 이러한 특징 역시, 전체 설비의 기계적인 보강을 가져온다.
그의 큰 강성으로 인해 기계적으로 전체가 안정화된 모듈식 설비는 매우 제한된 정도로만 진동할 수 있으므로, 회전 기계 또는 기타 진동원과 같은 개별 설비 부품, 또는 예를 들어, 바람의 영향이나 지진과 같은 외부 기계적 영향에 의해 야기된 진동은 축적될 수 없으며, 구조체의 고유 진동수는 가능한 한 높다.
전술한 본 발명에 따른 설비의 또 다른 유리한 변형에서, 상기 모듈의 지지요소는 중앙 개구를 가지므로, 인장요소는 각각의 경우에 2쌍의 지지요소에 의해 규정되는 직선을 따라서 개구를 통해 안내되거나 될 수 있다.
전술한 본 발명에 따른 설비의 또 다른 유리한 변형에서, 상기 연결요소는 인장요소가 안내되거나 안내될 수 있는 관통공을 갖는다.
전술한 본 발명에 따른 그러한 설비에서, 상기 모듈은, 모든 모듈의 지지요소가 수직에 대해 평행한 복수의 직선을 따라 일직선으로 되고, 이들 각각의 직선을 따라서, 인장요소가 안내될 수 있거나, 인장요소가 배치되도록 유리하게 정렬된다.
전술한 본 발명에 따른 설비의 특히 유리한 하나의 변형은, 온도의 변화 동안 인장요소 상에서 인장 응력을 유지하기 위한 하나 이상의 장력부여장치를 구비하며, 이 장력부여장치는 설비의 최상층 또는 최하층 모듈에 체결되거나 그 위에서 지지되는 기초 구조체, 인장요소의 종방향 축을 따라서 상기 기초 구조체에 대해 이동가능한 지지체, 및 상기 기초 구조체와 상기 이동가능한 지지체 사이에 배치되는 스프링 요소를 포함하고, 상기 인장요소의 제 1단은 상기 장력부여장치의 이동가능한 지지체 상에 안착되거나 그에 연결되고, 상기 인장요소의 제 2단은 카운터베어링 상에서 설비의 반대쪽에 안착되거나 그에 연결되며, 상기 인장요소의 제 1스프링 상수(D1) 대 상기 스프링 요소의 제 2스프링 상수(D2)의 비(D1/D2)는 4/1 이상, 바람직하게는 6/1 이상, 특히 바람직하게는 9/1이상이다.
본 발명의 제 1측면에 따르는 모듈식 설비를 구성하는 본 발명에 따른 조립 세트는
- 지지 구조체를 갖는 복수의 모듈로서, 제 1평면을 규정하는 3개 이상의 지지요소는 상기 지지 구조체의 상측에 배치되고; 상기 제 1평면과 평행한 제 2평면을 규정하는 3개 이상의 지지요소는 상기 상측으로부터 떨어져 대향하는 상기 지지 구조체의 하측에 배치되며; 상측의 지지요소 및 하측의 지지요소는 각각의 경우에 쌍을 형성하고, 평면의 법선과 평행한 직선을 따라서 서로 정렬되며; 상기 지지요소는 원뿔형 오목부를 갖는, 복수의 모듈과;
- 이중 원뿔 또는 이중 원뿔대 형상을 갖는 복수의 연결요소; 및
- 하나 이상의 인장요소를 포함하고,
- 상기 연결요소의 원뿔형 측면과 상기 지지요소의 안착부의 원뿔형 측면은, 연결요소의 원뿔 또는 원뿔대가 지지요소의 원뿔형 안착부와 동일면으로 안착되고, 관련 모듈이 상기 원뿔 또는 원뿔대의 측면의 일부가 아닌, 특히 상기 이중 원뿔 또는 이중 원뿔대의 종방향 축에 수직인 상기 연결요소의 면이 아닌 면에 안착되지 않도록 형성된다.
상기 모듈의 지지요소는 중앙 개구를 가짐으로써, 각각의 경우에 2 쌍의 지지요소에 의해 규정되는 직선을 따라서 개구를 통해 인장요소가 안내될 수 있는 것이 유리하다.
본 발명에 따른 그러한 조립 세트의 하나의 유리한 실시예에서, 상기 연결요소는 인장요소가 안내될 수 있는 관통공을 갖는다.
본 발명에 따른 그러한 조립 세트의 다른 유리한 실시예는 온도 변화 중에 인장요소 상에서 인장 응력을 유지하고, 모듈 상에 체결되거나 지지될 수 있는 기초 구조체를 갖는 하나 이상의 장력부여장치와, 상기 기초 구조체에 대해 이동가능한 지지체와, 상기 기초 구조체와 상기 이동가능한 지지체 사이에 배치되는 스프링 요소를 포함하며, 인장요소의 제 1단은 상기 장력부여장치의 상기 이동가능한 지지체 상에 지지될 수 있거나 그에 연결될 수 있고, 상기 인장요소의 제 1스프링 상수(D1) 대 상기 스프링 요소의 제 2스프링 상수(D2)의 비(D1/D2)는 4/1 이상, 바람직하게는 6/1 이상, 특히 바람직하게는 9/1이상이다.
본 발명의 제 2측면에 있어서, 본 발명에 따른 모듈식 설비는 하나가 다른 하나 위에 적층된 2개 이상의 층으로 배열되는 복수의 입방체 형상 설비 모듈을 갖는다. 상기 모듈은 체결점을 갖는 지지 구조체를 구비하며, 상기 체결점은 모듈을 그 위에 및/또는 아래에 배치된 층의 인접하는 모듈의 대응하는 체결점에 연결하기 위해 제공된다. 수평면에서 (수평으로), 하나의 층의 모듈은 그 위에 및/또는 아래에 배치된 층의 인접하는 모듈에 형태 끼워맞춤 방식으로 연결된다. 또한, 최하층 모듈 또는 기반 블록이 수직을 따라서 최상층 모듈에 대해 인장력을 작용할 수 있는 인장요소를 갖는 하나 이상의 인장장치가 제공되어, 상기 최하층과 상기 최상층 사이의 모듈이 그 위에 및/또는 아래에 배치된 층의 인접하는 모듈과 함께 상기 체결점에서 억지 끼워맞춤으로 함께 가압됨으로써, 정위치에 고정된다.
상기 인장장치는 유리하게는, 최하층 모듈에 인장요소용 앵커, 및 인장요소가 인장될 수 있고/있거나 인장 응력이 유지될 수 있는 장력부여장치를 포함한다. 인장요소는 예를 들어, 단일 인장로드 또는 복수의 평행 인장로드나 단일 인장 케이블 또는 복수의 평행 인장 케이블로서 설계될 수 있다. 상기 인장장치는 외부 인자, 예를 들어, 온도의 변화로 인한 인장요소의 길이 변화에 대해 어느 정도 보상할 수 있는 스프링 요소를 갖는 것이 특히 유리하다.
그러한 모듈식 설비에서, 지지모듈을 갖는 층과 하나 이상의 기능모듈을 갖는 층은 유리하게는, 하나가 다른 하나 위에 교대로 배치된다.
그러한 모듈식 설비의 다른 유리한 실시예에서, 상기 모듈은, 모듈의 하나 이상의 층에 관해, 상기 층의 2개 이상의 모듈의 체결점이 그 위에 및/또는 아래에 배치된 층의 공통 모듈의 체결점에 연결되도록 배열된다. 결과적으로, 하나의 층의 인접한 모듈은 다른 층의 공동으로 연결된 모듈을 통해 기계적으로 연결되어, 전체 설비에 대한 보강을 가져온다.
본 발명에 따른 모듈식 설비에서, 상기 모듈은, 모듈의 적어도 일부가 3 차원 격자를 형성하도록 맞물려서 적층되는 것이 마찬가지로 유리하다. 또한, 이 특징은 전체 설비의 기계적인 보강을 가져온다.
그의 큰 강성으로 인해 기계적으로 전체가 안정화된 모듈식 설비는 매우 제한된 정도로만 진동할 수 있으므로, 회전 기계 또는 기타 진동원과 같은 개별 설비 부품, 또는 예를 들어, 바람의 영향이나 지진과 같은 외부 기계적 영향에 의해 야기된 진동은 축적될 수 없으며, 구조체의 고유 진동수는 가능한 한 높다.
대안적으로 또는 부가적으로, 본 발명에 따른 그러한 모듈식 설비에서, 제 1평면을 규정하는 3개 이상의 지지요소는 상기 모듈의 지지 구조체의 상측에 배치되고, 상기 제 1평면과 평행한 제 2평면을 규정하는 3개 이상의 지지요소는 상기 상측으로부터 떨어져 대향하는 상기 지지 구조체의 하측에 배치된다. 상측의 하나의 지지요소 및 하측의 하나의 지지요소는 각각의 경우에 쌍을 형성하고, 평면의 법선과 평행한 직선을 따라서 서로 정렬된다. 지지요소는 모듈의 체결점으로서 사용된다.
본 발명에 따른 설비의 그러한 실시예에서, 상기 모듈의 지지요소는 특히 유리하게는, 원뿔형 오목부를 갖는다. 부가적으로 또는 대안적으로, 상기 모듈의 지지요소는 중앙 개구를 가지므로, 인장요소가 각각의 경우에 2 쌍의 지지요소에 의해 규정되는 직선을 따라서 개구를 통해 안내되거나 안내될 수 있다.
지지칼럼은 각각의 경우에 모듈의 2쌍의 지지요소 사이에 배치될 수 있다. 지지칼럼은 수직을 따라서 정하중을 흡수한다.
하나의 유리한 변형에서, 인접한 층의 2개의 인접하는 모듈의 서로 대향하는 2개의 지지요소는 연결요소에 의해 연결된다. 상기 모듈의 지지요소는 특히 유리하게는, 원뿔형 오목부를 갖고, 상기 연결요소는 이중 원뿔 또는 이중 원뿔대의 형상을 가지며, 각각의 경우에 상기 연결요소의 원뿔 또는 원뿔대는 2개의 지지요소 중 하나의 원뿔형 안착부에 동일면으로 안착된다. 상기 연결요소는 유리하게는, 인장요소가 안내되거나 안내될 수 있는 관통공을 갖는다.
본 발명에 따른 모듈식 설비에서, 상기 모듈은, 모든 모듈의 지지요소가 수직에 대해 평행한 복수의 직선을 따라서 일직선으로 되도록 배치되는 것이 특히 유리하다. 인장요소는 이들 직선의 각각을 따라서 안내될 수 있거나 인장요소가 배치된다.
모듈식 설비를 위한 본 발명에 따른 모듈은 지지 구조체를 가지며, 제 1평면을 규정하는 3개 이상의 지지요소는 상기 지지 구조체의 상측에 배치되고, 상기 제 1평면과 평행한 제 2평면을 규정하는 3개 이상의 지지요소는 상기 상측으로부터 떨어져 대향하는 상기 지지 구조체의 하측에 배치된다. 상측의 하나의 지지요소 및 하측의 하나의 지지요소는 각각의 경우에 쌍을 형성하고, 평면의 법선과 평행한 직선을 따라서 서로 정렬된다.
본 발명에 따른 그러한 모듈의 지지요소는 유리하게는, 원뿔형 오목부를 갖는다. 대안적으로 또는 부가적으로, 상기 지지요소는 중앙 개구를 가지므로, 인장요소는 각각의 경우에 2 쌍의 지지요소에 의해 규정되는 직선을 따라서 개구를 통해 안내되거나 될 수 있다.
다른 유리한 변형에서, 지지칼럼은 각각의 경우에 2 쌍의 지지요소 사이에 배치된다.
외부 쉘이 그러한 모듈의 지지 구조체 상에 장착될 수 있다. 하나의 유리한 변형에서, 외부 쉘은 표준 화물 컨테이너 (ISO 컨테이너)로서 설계된다.
본 발명에 따른 모듈식 설비를 구성하는 본 발명에 따른 조립 세트는 본 발명에 따른 복수의 모듈 및 하나 이상의 인장요소를 포함한다. 그러한 조립 세트는 특히 유리하게는, 상기 모듈의 체결점이 연결될 수 있는 복수의 연결요소를 갖는다.
본 발명의 제 3측면에 있어서, 본 발명에 따른 모듈식 설비, 특히 모듈식 산업 설비는 하나가 다른 하나 위에 적층된 2개 이상의 층으로 배열되는 복수의 입방체 형상 기능모듈 및 복수의 연결모듈을 포함한다. 연결모듈은 2개의 직접 접하는 기능모듈의 대향 배치된 측면들 사이에 배치되고, 각각의 경우에 평면에 배치된 3개 이상의 연결점에서, 이들 기능모듈의 대응하는 측면에서 특정 기능모듈의 지지 구조체에 억지 끼워맞춤 및/또는 형태 끼워맞춤 방식으로 연결된다.
공통 평면 (x-y), (y-z) 또는 (x-z)에 배치되는 연결모듈 그룹의 2개 이상의 연결모듈은 유리하게는, 공통 연결모듈로서 설계된다.
적어도 한 쌍의 기능모듈이 그들의 측면에서 하나 이상의 연결모듈에 의해 연결되는 경우에도 마찬가지로 유리하다.
본 발명의 보다 나은 이해를 돕기 위해 이하에서는 도면에 대해 언급한다. 도면은 단지 본 발명의 주제의 예시적인 실시예를 나타내며, 본 발명을 본원에 개시한 특징으로 제한하기에는 적절하지 않다.
동일하거나 기능적으로 등가인 부품들은 다음의 도면 및 관련된 설명에서 동일한 참조 번호로 제공된다. 모듈은 단지 큐브 또는 둥근 큐브로서 개략적으로 도시되어 있다.
도 1은 본 발명에 따른 모듈식 설비의 가능한 일실시예를 개략적으로 나타내는 것으로, (a)는 정면도, (b)는 왼쪽에서 본 측면도, (c)는 평면도이다.
도 2는 2개의 모듈 간의 연결점을 개략적으로 나타내는 단면도 (도 1에서 본 발명에 따른 모듈식 설비의 A부분 상세도)이다.
도 3은 최상층 모듈과 장력부여장치 간의 연결점을 개략적으로 나타내는 단면도 (도 1에서 본 발명에 따른 모듈식 설비의 B부분 상세도)이다.
도 4는 장력부여장치의 하나의 대안적인 실시예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 기능모듈의 지지 구조체 및 도 1에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 모듈식 설비의 중간모듈의 가능한 하나의 설계를 개략적으로 나타내는 것으로, 좌측에서 본 측면도이다.
도 6은 수직 배향 모듈과 함께, 본 발명에 따른 모듈식 설비의 가능한 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 것으로, (a)는 정면도이고, (b)는 좌측에서 본 측면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 모듈식 설비의 다른 실시예의 3 차원 모델을 나타내는 2개의 상이한 사시도(a) 및 (b)이다.
도 8은 본 발명에 따른 모듈식 설비의 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 모듈식 설비의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 10은 본 발명에 따른 모듈식 설비의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 11은 모듈식 설비의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 12는 마찬가지로, 모듈식 설비의 하나의 대안적인 실시예를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 13의 (a)는 원뿔형 지지요소에 연결 볼트를 갖고, (b)는 주변의 측면 마운팅을 갖는 기능모듈의 수평식 형태 끼워맞춤 지지체에 대한 2가지 가능한 변형을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 지지체의 디자인이 보이도록 하기 위해 도면에서 모듈의 일부는 절취되어 있다.
도 14는 본 발명에 따른 모듈식 설비의 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 것으로, (a)는 정면도, (b)는 측면도이다.
도 15는 본 발명에 따른 모듈식 설비의 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 16은 본 발명에 따른 모듈식 설비의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도 2는 2개의 모듈 간의 연결점을 개략적으로 나타내는 단면도 (도 1에서 본 발명에 따른 모듈식 설비의 A부분 상세도)이다.
도 3은 최상층 모듈과 장력부여장치 간의 연결점을 개략적으로 나타내는 단면도 (도 1에서 본 발명에 따른 모듈식 설비의 B부분 상세도)이다.
도 4는 장력부여장치의 하나의 대안적인 실시예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 기능모듈의 지지 구조체 및 도 1에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 모듈식 설비의 중간모듈의 가능한 하나의 설계를 개략적으로 나타내는 것으로, 좌측에서 본 측면도이다.
도 6은 수직 배향 모듈과 함께, 본 발명에 따른 모듈식 설비의 가능한 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 것으로, (a)는 정면도이고, (b)는 좌측에서 본 측면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 모듈식 설비의 다른 실시예의 3 차원 모델을 나타내는 2개의 상이한 사시도(a) 및 (b)이다.
도 8은 본 발명에 따른 모듈식 설비의 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 모듈식 설비의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 10은 본 발명에 따른 모듈식 설비의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 11은 모듈식 설비의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 12는 마찬가지로, 모듈식 설비의 하나의 대안적인 실시예를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 13의 (a)는 원뿔형 지지요소에 연결 볼트를 갖고, (b)는 주변의 측면 마운팅을 갖는 기능모듈의 수평식 형태 끼워맞춤 지지체에 대한 2가지 가능한 변형을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 지지체의 디자인이 보이도록 하기 위해 도면에서 모듈의 일부는 절취되어 있다.
도 14는 본 발명에 따른 모듈식 설비의 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 것으로, (a)는 정면도, (b)는 측면도이다.
도 15는 본 발명에 따른 모듈식 설비의 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 16은 본 발명에 따른 모듈식 설비의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 측면도이다.
본 발명에 따른 모듈식 설비(1)의 가능한 예시적인 일실시예가 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 도 2 및 도 3에는 다양한 연결점이 개략적으로 도시되어 있다. 모듈식 설비(1)는 6개의 기능모듈(20)과, 공통 기반 베이스(6) 상에 맞물림 방식으로 적층되는 8개의 중간모듈(40)로 구성된다. 도면에 단지 개략적으로 도시된 기능모듈(20) 및 중간모듈(40)은 입방체의 외형을 가지며, 지지 구조체 및 개별 요소에 존재하는 설비 요소로 구성된다. 모듈의 설계는 아래에서 보다 상세하게 논의한다. 본 발명에 따른 모듈식 설비의 기능 원리를 설명하기 위해, 모듈을 견고하고, 인장 및 압력에 견디며, 비틀림에 안정적인 입방체의 요소로 간주하는 것으로 충분하다.
모듈의 맞물림 적층(interlocked stacking)은 예를 들어, 바람, 지진 또는 설비에서 운전되는 기계 및 장치로부터의 기계적인 진동으로 인해, 개별 모듈에 작용하는 힘이 설비 구조를 통해 직접 전파될 수 없으며, 대신에 구조의 다른 방향으로 편향되는 효과를 갖는다. 이는 고유 진동수의 증가를 수반한 전체 구조의 보강을 가져온다.
모듈(20, 40)은 상측 및 하측에 각각, 연결요소(64)(도 1에 개략적으로만 나타냄)가 배치되고, 서로에 대해 모듈을 중심맞추고 이들을 수평면에서 형태 끼워맞춤으로 정위치에 고정하는 8개의 지지요소(24, 24', 44, 44')를 갖는다. 이들의 배열로 인해, 하나가 다른 하나에 배치된 연결요소는 수직(수직축)을 따라서 동일면으로 된다. 수직 방향에서, 모듈을 서로에 대해 수직 방향으로 보강하는 인장요소(62)는 모든 모듈(20, 40) 및 연결요소(64)를 통해 연장된다.
도시된 실시예에서, 연결요소(64)는 2개의 원뿔형 측면(66, 66')을 갖는 거울 대칭 이중 원뿔대의 형상과, 도시된 예시적인 실시예에서는 인장로드로서 구현되는 인장요소(62)를 안내하기 위한 관통공(68)갖는다.
예를 들어, 절두형 피라미드 같은 다른 형상도 가능하다. 그러나, 이중 원뿔형 형상은 연결요소가 마찬가지로 원뿔형 지지요소에 자동적으로 중심이 맞춰지는 장점을 갖는다. 또한, 인장요소의 최종 인장시, 원뿔형 연결요소는 이러한 조치만으로 상당한 기계적 안정성이 얻어지도록, 마찬가지로 원뿔형 층의 안착부에 가압된다. 이는 도시된 예에서와 같이, 연결요소의 원뿔의 원뿔형 측면과 지지요소 안착부의 원뿔형 오목 측면만이 서로에 대해 안착되도록, 그에 상응하여 연결요소 및 지지요소를 조정하는 것이 필요하다. 또한, 도시된 원뿔형상의 경우, 이중 원뿔대의 어느 쪽이 아래에 있고 어느 쪽이 위에 있는지, 또는 어느 각도 위치가 제공되는지는 중요치 않으므로, 설치가 간단하다. 연결요소는 단조강으로 제조되는 것이 유리하다.
인장요소(62)는 최하층 중간모듈(40, 40a)내의 인장로드 앵커(70)와 최상층 모듈(40, 40c) 위의 장력부여장치(80)까지의 사이에서 모든 모듈(20, 40) 및 연결요소(64)를 통해 수직으로 연장된다. 도시된 실시예에서와 같이, 인장요소는 인장로드, 특히 원피스 인장 인장로드 또는 2개 이상의 부품으로 구성된 인장로드로서 설계될 수 있다. 그러한 인장로드는 예를 들어, 강 또는 탄소 섬유와 같은 기타 적절한 재료로 제조될 수 있다. 또한, 인장 케이블은 정적인 적용으로 인하여 부가적인 가치를 제공하지 않지만, 인장로드 대신에 인장 케이블을 사용할 수 있으며, 보다 간단한 제조 및 설치로 인해 인장로드가 유리하다. 마찬가지로, 평행하게 안내되는 복수의 인장로드나 와이어 케이블을 인장요소로서 사용할 수도 있다.
하측(21, 41)의 기능모듈(20) 및 중간모듈(40)은 원뿔형 측면(25, 25', 45, 45')을 지닌 지지요소(24, 44), 및 연결요소(64)가 배치되는 중앙 개구(26, 46)를 갖는다. 동일한 지지요소(24', 44')가 상측(22, 42)에 배치된다. 이들 지지요소는 유리하게는, 적절한 금속 재료로 제조되며, 모듈(20)의 지지 구조체(도시 생략)에 안정적으로 연결된다.
2개의 모듈(20, 40) 간의 연결은 도 2(도 1의 A부분 상세도)에 도시되어 있다. 하부 원뿔형 측면(66)이 지지요소(24')의 원뿔형 측면(25')에 안착된 상태에서, 연결요소(64)는 기능모듈(20)의 상측(22)의 지지요소(24') 상에 배치된다. 그 위에 배치된 중간모듈(40)의 하측(41)에는, 원뿔형 측면(45)을 지닌 지지요소(44)가 연결요소(64)의 상부 원뿔형 측면(66')에 안착된다. 인장로드(62)는 고정 장치로부터 지지요소(24)의 중앙 개구(26) 및, 관통공(68)을 통해서, 그리고 지지요소(44)의 중앙 개구(46)를 통해서 설비 상단의 장력부여장치 쪽으로 연장된다.
최하층의 중간모듈(40, 40a)은 콘크리트 기반(6) 상에 직접 또는 간접적으로 안착되고, 적절한 기반 앵커(72)와 형태 끼워맞춤 방식으로 기반 베이스(6)에 체결된다. 최하층 모듈(40, 40a)이 조립되는 동안, 기반 베이스 상의 모듈의 영구적인 정확한 수평 배향을 보장하기 위해 스페이서 요소를 사용할 필요가 있을 수 있다. 인장로드(62)가 체결되는 인장로드 앵커(70)(도 1에 개략적으로만 나타냄)는 최하층 모듈에 배치된다. 이것은 예를 들어, 인장로드의 단자에 형성된 외부 나사에 나사 결합되는 너트일 수 있다. 그러나, 당업자는 구조체 내에서 인장로드를 가역적으로 고정하기 위한 다양한 기타 옵션에 대해서도 잘 알고 있다.
최하층 모듈에 인장로드를 고정하고 이들 모듈을 기반에 개별적으로 고정하는 것에 대한 대안으로서, 기반 블록(8)에 인장로드를 직접 고정하는 것도 가능하다. 그러나, 이러한 변형은 고정 장치와 지지요소를 기반에 장착할 필요가 있으며, 이는 마찬가지로, 정확하게 배향되어야 하므로, 그에 상응하여 보다 복잡해진다. 그러한 실시예 변형에서, 기반 블록(8)은 원칙적으로 최하위 모듈로서 취급할 수 있다.
최상층 중간모듈(40, 40c)의 상측에 배치되는 장력부여장치(80)는, 인장요소의 인장 응력을 넓은 온도 범위에 걸쳐서 일정 허용 오차 범위 내에서 유지시키는데 사용한다. 이것은 본 발명에 따른 모듈식 설비가 기후에 노출되어 그에 상응하여 큰 온도 변동을 겪을 수 있으므로, 특히 중요하다. 상온에서 강의 선팽창 계수가 약 10-5 K-1인 경우, 예를 들어, 하루 동안 사막 지역에서 발생할 수 있는 50℃의 온도 변화시, 20미터의 길이를 갖는 비응력강(unstressed steel) 인장로드에 대해, 10㎜의 길이 변화를 가져올 수 있다. 작은 팽창 범위 내에서, 인장로드는 본질적으로 일정한 스프링 상수를 갖는 매우 견고한 인장 스프링으로서 작용한다. 통상과 같이, 인장로드가 직접 인장되어 생성되는 인장력이 인장로드의 팽창의 선형 함수가 되는 경우, 그러한 길이의 변화는 인장 응력의 현저한 감소 또는 현저한 증가를 가져온다. 극단적인 경우에는, 결과적으로 인장 응력이 더 이상 전혀 존재하지 않거나, 인장로드에 손상을 초래할 수 있는 너무 높은 범위에 그 값이 있게 된다. 예를 들어, 원래의 길이가 20m인 인장로드가 20㎜ 팽창하는 경우, -10㎜의 길이 감소는 약 50% 높은 인장력을 가져오며, +10㎜의 길이 증가는 약 50% 낮은 인장력을 가져온다.
도 3에 있는 장력부여장치는, 도시된 예시적인 실시예에서 미리 압축된 압축 코일 스프링으로서 구현된 부가적인 스프링 요소(90)가 인장로드(62)의 양(+) 또는 음(-)의 길이 변화를 보상하는 점에서 전술한 문제를 해결한다. 인장 상태에서, 압축된 압축 스프링(90)의 힘은 인장 스프링으로서 작용하는 인장로드의 반대로 가해지는 인장력에 대응한다. 스프링 요소(90)의 스프링 상수(D2)는 인장로드의 스프링 상수(D1)보다 현저하게 작도록 선택된다; 즉, 압축 스프링이 더 부드럽다. 온도 변화로 인해 인장로드가 수축되거나 팽창되는 경우, 압축되거나 팽창된 압축 스프링은 길이 변화 영향의 대부분을 동시에 보상한다. 직렬로 배치된 스프링 요소의 경우, 이는 1/D=(1/D1 + 1/D2)의 전체 시스템에 대한 스프링 상수(D)를 가져온다. 예를 들어, 스프링 상수의 비가 D1/D2 = 9/1이면, 전체 시스템의 스프링 상수는 이제 D2의 90%, 또는 D1의 10%가 된다. 인장로드가 온도의 감소로 인해 수축 또는 팽창하는 경우, 인장력의 증가 또는 감소는 스프링 없이 인장로드만 갖는 시스템에 대한 값의 약 10%에 불과하다. 그러므로, 스프링 상수의 적절한 선택에 따라, 극심한 온도 변화에 대해서조차도 인장력의 값은 비교적 좁은 범위로 유지된다.
그러한 장력부여장치를 갖는 본 발명에 따른 모듈식 설비의 다른 장점은 지진 발생 동안의 거동에 있다. 강렬한 지진 발생 동안 전체 모듈식 설비를 상방으로 가속시킨 후 하방으로 떨어뜨릴 수 있는데, 이는 음의 가속도에 해당한다. 후자의 경우, 가속력은 설비의 지지 구조체에 작용하지 않고, 대신에 인장로드에 걸쳐서 작용하다. 그러한 경우에도, 압축 스프링은 이러한 응력을 보상하며, 음의 가속하에서도 모듈이 함께 견고하게 고정되는 것이 보장된다.
장력부여장치(80)의 도시된 예시적인 실시예는 연결요소(64) 상에 원뿔형 지지요소(82)와 함께 놓이며, 이어서 연결요소는 전술한 바와 같이, 모듈(20, 40) 간의 연결과 유사하게 중간모듈(40, 40c)의 지지요소(44') 상에 안착된다. 압축 스프링(90)이 안착되는 중앙 개구 및 슬리브(93)를 갖는 제 1지지 디스크(92)는 지지요소(82) 상에 배치된다. 따라서, 압축 스프링은 최상층 모듈 (11)에 정적으로 지지되는 장력부여장치(80)의 기초 구조체(81)의 일단에 안착된다. 상기 지지 디스크(92)는 예를 들어, 나사(도시 생략)에 의해 지지요소(82)에 적절하게 연결된다. 중앙 개구 및 슬리브(95)를 갖는 제 2지지 디스크(94)는 압축 스프링의 상측에 안착된다. 하나가 다른 하나의 내부에 배치되는 슬리브(93, 95)는 압축 스프링의 팽창/압축 동안 가이드로서 사용된다. 지지 디스크(94)는 인장로드 상단용의 이동가능한 지지체를 형성한다. 인장로드(62)는 그의 상단(63)에 외부 나사를 갖는다. 너트(84)는 외부 나사에 나사 결합되며, 인장로드(62)의 인장력을 제 2지지 디스크(94) 및 따라서 압축 스프링(90)으로 전달한다. 분리가능한 하우징(86)은 장력부여장치를 기후의 영향으로부터 보호한다.
연결요소(64) 및 지지요소(82)는 또한, 개별 요소 대신에, 원 피스(one piece)로서 설계할 수도 있다. 마찬가지로, 그 위에 지지되는 압축 스프링(90)에 대한 지지요소(82)의 적절한 치수화로, 지지 디스크(92)를 생략할 수 있다. 또한, 장력부여장치의 스프링 요소는 압축 스프링을 사용하는 것 대신에, 인장로드 위에 배치된 인장 스프링을 사용하여 구현할 수도 있다. 또한, 복수의 압축 스프링 또는 적층된 디스크 스프링을 사용할 수도 있다.
도 4는 스프링 요소(90)가 예비인장된 인장 코일 스프링으로서 설계되는 장력부여장치(80)의 가능한 다른 실시예를 나타낸다. 중공 실린더 형상을 갖는 기초 구조체(81)는 플랜지(87)를 통해 최상층 모듈(11)에 체결된다. 체결은 예를 들어, 용접, 나사 결합 또는 다른 적절한 유형의 체결에 의해 수행할 수 있다. 이동가능한 지지체(94)는 인장 스프링(90)의 일단에 연결된다. 인장 스프링의 타단은 기초 구조체(81)의 상단에서 플레이트에 연결된다. 지지 디스크(94)는 인장로드(62)용의 이동가능한 지지체를 형성한다. 인장로드(62)의 상단(63)은 이동가능한 지지체의 개구를 통해 연장되고, 인장로드의 외부 나사(도시 생략) 상에 배치된 스크류 너트에 의해 지지체(94) 상에 지지된다. 장력부여장치의 전술한 제 1예와 유사하게, 완전히 설치된 상태에서, 인장된 인장 스프링(90)의 힘은 인장 스프링으로서 작용하는 인장로드(62)의 반대로 가해지는 인장력에 대응한다. 위에서 논의한 압축 스프링의 사용을 위한 스프링 상수의 비 역시 여기에도 적용된다. 따라서, 온도 변화로 인한 인장로드의 양 또는 음의 길이 변화에 대해, 길이의 변화는 보다 부드러운 인장 스프링의 대응하는 음 또는 양의 변화에 의해 본질적으로 보상됨으로써, 유효 인장 응력이 현저하게 감소된다.
모듈식 설비를 조립하는 동안 적절한 수단을 이용하여 인장로드를 원하는 인장력으로 인장시켜야 한다. 이후 장력부여장치(80)는 이러한 장력을 유지한다. 도 3에서, 인장로드가 인장됨에 따라, 압축 스프링(90)은 이미 압축된 상태로 있다. 그러나, 이 목적을 위해, 인장로드(62) 및 압축 스프링(90)은 모두 미리 인장되어 있어야 한다. 이는 예를 들어, 적절한 외부 장치를 사용하여 압축 스프링(90)을 일정한 가압력 값으로 압축하고, 이어서 인장로드(62)가 여전히 비응력 상태로 있는 동안, 너트(84)를 제 2지지 디스크(94) 상에 단단히 나사 결합해서 개별적으로 수행할 수 있다. 압축 스프링에 가해지던 외력이 중단된 후에는, 압축 스프링이 팽창하고, 동시에 압축 스프링과 인장로드의 힘이 동일해지는 점에서 평형에 도달할 때까지 인장로드는 인장된다. 대안적으로, 인장로드 및 압축 스프링을 동시에 인장할 수 있다. 이 목적을 위해, 예를 들어, 압축 스프링 상에서 하방으로 작용하는 유압 장치를 너트(84) 위에서 인장로드(62) 상에 장착할 수 있다. 이 과정에서 유압 장치는 원하는 인장 응력이 달성될 때까지 압축 스프링과 인장로드를 동시에 인장시킨다. 너트(84)는 이어서 제 2지지 디스크 상에 단단히 나사 결합되어, 유압 장치가 제거될 때 인장 응력을 유지시킨다.
인장로드의 길이 변화를 보상하기 위해, 스프링 요소 대신에, 온도 변화에 따라 덜 유리한 유압 수단 또는 공압 스프링을 제공하는 것도 가능하다. 또한, 유압 피스톤과 스프링 시스템의 조합도 가능하다. 장력부여장치는 댐핑 요소를 추가로 구비하여 정적 시스템에 진동이 축적되는 것을 피할 수 있다.
유리한 하나의 변형 실시예에서, 전술한 장력부여장치와 기능적으로 동일한 스프링 요소가 최하층의 인장로드 앵커와 모듈 사이에 배치된다. 그러나, 인장로드는 여전히 상측에서부터 인장된다. 그러한 변형예는 공간 절약 방식으로 스프링 요소가 최하층 모듈(40a)에 수용될 수 있는 장점을 갖는다.
설비 구조의 정적 요소로서 사용하기 위해, 전술한 특징 및 호환 가능한 외부 치수 외에, 본 발명에 따른 모듈식 설비(1)의 설비 모듈(20, 40)은 단지 정적인 기능을 수행할 수 있으면 된다. 그렇지 않으면, 의도한 목적에 맞게 원하는대로 모듈(20, 40)을 조정할 수 있다. 한편으로 정적인 기능은 인장요소를 따르는 하중의 흡수에 기여하고, 다른 한편으로는 충분한 강성 및 기계적 안정성에 기여한다.
도 5는 도 1(b)에 도시된 바와 같이, 기능모듈(20) 및 중간모듈(40)의 정적인 구성요소를 나타낸다. 보다 명료하게 하기 위해 다른 모듈(20, 40)은 생략하였다. 기능모듈(20) 및 중간모듈(40)은 각각 격자 프레임 형태의 지지 구조체(78)를 포함한다. 지지요소(24, 24') 사이에 배치된 8개의 지지칼럼(74)은 지지 구조체에 안정적으로 연결된다. 각 지지칼럼은 그의 전체 길이에 걸쳐서 공동(도시 생략)을 가지며, 이 공동을 통해 인장로드(62)가 안내된다.
모듈식 설비가 완전히 설치된 상태에서, 모듈의 지지칼럼뿐만 아니라, 그 위에 배치된 모듈 사이에 배치되는 지지요소 및 연결요소는 설비의 중량을 수용하며 이를 기반으로 보낸다. 이어서, 모듈의 지지 구조체(78)는 주어진 모듈의 일부인 다양한 장치 및 설비 요소 등을 지탱함과 동시에, 모듈을 보강한다. 마지막으로, 모듈식 설비는 전체적으로 종방향 및 횡방향으로 교대로 배치된 다양한 층의 모듈로 인해 보강된다.
본 발명에 따른 모듈식 설비의 모듈은 또한, 지지칼럼 대신에, 지지 구조체 자체를 통해서 그 위에 배치된 모듈의 중량 및 인장로드의 인장력을 수용할 수 있으며, 이는 그에 대응하여 보다 안정되게 치수화되는 지지 구조체를 필요로 한다.
기능모듈(20) 또는 중간모듈(40)의 외부 쉘(79)은 직접적인 고정적 기능을 갖지 않으며, 주로 기후 보호용으로서 사용된다. 안정성의 손상 없이 외부 쉘을 생략할 수도 있다. 모듈의 외부 치수가 표준 화물 컨테이너(ISO 컨테이너)와 호환가능하게 선택되어, 트럭, 철도 및 화물선에 의해 운반할 수 있는 경우에, 적절한 장착 장치 등, 예를 들어 통상의 코너 주조물을 상기 외부 쉘에 장착할 수 있다. 그러한 경우에, 외부 쉘이 운반 중에만 정적인 기능을 수행하는 경우, 예를 들어 20 피트, 40 피트 또는 45 피트 컨테이너 같은 종래의 화물 컨테이너의 구조에 대응할 수 있다. 그러나, 설비 모듈의 치수화는 그러한 컨테이너 크기로 결코 제한되지 않는다. 모듈의 크기는 더 작거나 더 클 수도 있다.
모듈에 따라 다를 수 있는 모듈의 설비 요소 등은 모듈 내에 배치된다. 도시된 예에서, 개략적으로 나타낸 상당히 큰 설비 요소(76)는 지지 구조체(78) 내에서 기능모듈(20)에 배치된다. 이는 예를 들어, 기계, 탱크, 발전기, 열교환기 또는 화학 반응기일 수 있다. 액세스가능한 제어 장치, 라운지 영역 등도 제공할 수 있다. 그러나, 이들은 단지 예시일뿐이다. 추가의 기능모듈이 이러한 설비 요소 내에 배치되지 않은 상태에서 정적인 이유로 이것이 필요하다면, 그러한 기능 요소는 최소한의 지지 구조체만으로 구성할 수도 있다. 그러나, 그러한 경우에, 문제가 되는 모듈은 예를 들어, 연결요소 또는 인장로드 세그먼트와 같은 재료가 모듈식 설비의 운반 중에 운반될 수 있는 운반 모듈로서 설계하는 것이 더 유리하다.
다양한 모듈을 서로 작동적으로 연결하기 위해, 기능모듈(20)보다 낮은 높이를 갖는 중간모듈(40)에 라인(77), 케이블 덕트 등을 배치할 수 있다. 도 5는 예로서, 중간모듈(40)의 종방향으로 배치되며, 그 위에 배치된 기능모듈(20)의 설비 요소(76)에 추가 라인(77')을 통해 연결되는 라인(70)을 나타낸다. 모듈(20, 40) 내에서 라인 부품들의 연결은 전체 모듈식 설비 또는 적어도 문제가 되는 모듈이 설치된 후에만 달성될 수 있다. 그러나, 대부분의 라인, 케이블 등이 모듈 내에 배치되므로, 이러한 연결 작업은 짧은 연결 부분의 설치 또는 케이블 결합으로 제한된다.
전술한 예시적인 실시예에서, 그들의 상대적인 외부 치수가 상이한 2개의 기초 유형의 모듈이 결합되었다. 기능모듈(20)의 높이의 3 분의 1만을 갖는 중간모듈(40)의 장점은, 기능모듈과 본질적으로 동일한 외부 치수를 갖는 그러한 3개의 모듈이 적층되어 운반을 위해 일시적으로 유닛으로 결합될 수 있는 점이다.
그러나, 본 명세서의 범위 내에서, 균일한 치수를 갖는 모듈, 즉 기능모듈만을 갖는 설비를 사용하여 모듈식 설비를 구성하는 것도 가능하다. 또한, 본 발명에 따라 적층 및 보강이 가능하면, 마찬가지로 2가지 이상의 모듈 크기를 사용할 수 있다.
특정 산업 설비의 경우는, 베이스 면과 비교하여, 매우 높은 설비 부품, 예를 들어, 증류탑, 연도 가스 세정유닛, 사일로 등이 필요하다. 그러한 설비 부품은 지금까지 개시된 모듈에는 설치할 수 없다. 그러나, 수평으로 운반할 수 있는 모듈에 그러한 설비 부품을 설치하고, 궁극적으로 모듈식 설비에 세워서 설치할 수 있다.
본 발명에 따른 모듈식 설비의 그러한 예시적인 실시예가 도 6에 도시되어 있다. 모듈(40a, 20, 40)의 처음 3개 층은 도 1과 동일하다. 그러나, 중간모듈(40)의 제 2층에는, 연결요소(64)를 수용하기 위해 차례로 하측 및 상측(도 6(a)에서 좌측 모듈(20a)에만 개략적으로 도시됨)에 각각 4개의 지지요소(24, 24')를 갖는 4개의 높은 모듈(20a)이 배치된다. 지지요소(24, 24') 사이에는 지지칼럼(74)이 배치된다.
맞물린 모듈의 2개 층이 상측에 배치되어 높은 모듈을 안정화시킬 수 있다. 그러나, 안정화를 위해 사용한 이들 모듈이 예를 들어, 상부가 개방된 높은 모듈과 간섭을 초래하는 경우, 도시된 실시예에서와 같이, 인접한 높은 모듈(20a) 사이에 교차 보강대(51, 51')를 대신 장착할 수 있다.
운반을 위해서, 지지요소(24, 24')가 모듈의 단면 상에 안착되도록, 규정된 하측에 모듈(20a)이 놓일 수 있다. 따라서, 높은 모듈의 상측 및 하측을 형성하는 컨테이너의 종방향 단이 설치된 상태에서, 표준 화물 컨테이너의 외부 쉘을 갖는 높은 모듈을 제공하는 것이 특히 가능하다.
또한, 기반(6) 상에 대안적인 설비를 체결하는 것이 도 6의 예시적인 실시예에 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 기반 앵커를 하부 모듈(40a)의 지지 구조체에 체결하는 것 대신에, 기반 앵커를 인장요소(62) 및 인장 앵커(70)의 연장부에 배치함으로써, 예를 들어, 지진 발생 동안 기계적인 힘이 하부면(4)으로부터 기반(6)을 통해 인장요소(62)로 직접 전달되도록 한다.
본 발명에 따른 모듈식 설비의 가능한 다른 실시예에서, 중간모듈(40)은 각각의 경우에 4개의 중간모듈이 종래의 표준 운반 컨테이너에 끼워맞춤되도록 설계된다. 기능 컨테이너는 차례로 통상적인 20 피트 또는 40 피트 컨테이너의 크기를 갖는다. 본 발명에 따른 그러한 모듈식 설비(1)의 모델은 2개의 다른 도면으로 도 7(a) 및 (b)에 도시되어 있다. 예시된 설비는 3개의 분리된 블록(I, II, III)으로 구성된다. 예로서, 최하층에 있는 블록()은 기반 블록(도시 생략)에 고정적으로 연결되는 4개의 중간모듈(40a)로 구성된다. 2개의 기능모듈(20)은 40 피트 화물 컨테이너의 외측 쉘에서, 그에 직각으로 이 최하층 상에 배치된다. 이들 기능모듈은 그에 상응하여 상측과 하측에 16개의 지지요소와, 그들 사이에 배치된 16개의 지지칼럼을 갖는다. 4 개의 중간모듈(40, 40b)을 갖는 추가의 층 다음에는, 블록(I)의 정면에, 20 피트 탱크 컨테이너의 외형을 갖는 3개 층의 기능모듈(20) 및 중간모듈(40)이 교대로 이어진다. 도시된 예에서, 장력부여장치는 최상층의 중간모듈(40, 40c)에 결합되어 있다. 4개의 높은 모듈(20a)은 블록(I)의 후면에 배치된다. 장력부여장치는 높은 모듈(20)의 상측에 결합된다. 높은 모듈(20a)을 안정화시키기 위해, 4개의 모든 높은 모듈(20a)을 견고하게 연결하는 중앙 교차 보강요소(51")에 의해 4개의 모듈을 연결한다.
중간 요소(40)의 길이 및 폭이 기능모듈(20)의 길이 및 폭보다 작으므로, 도시된 실시예에서, 이것은 예를 들어, 도 1에 도시된 것보다 더 조밀하고 공간 절약적인 설계를 가져온다.
본 발명에 따른 모듈식 설비(1)의 가능한 또 다른 실시예가 도 8에 도시되어 있다. 설비(1)는 하부면(4)의 면에 본질적으로 평행(x/y 평면)한, 하나 위에 다른 하나가 수직으로 배치된 3개의 설비 층으로 분포되는 12개의 기능모듈(20)(둥근 육면체로서 개략적으로 도시됨)을 갖는다.
도시된 예시적인 실시예에서, 하부 설비 층의 4개의 기능모듈(20)은, 차례로 하부면(4) 상에, 예를 들어 하나 이상의 기초 블록(도시 생략) 상에 적절히 배치되는 베이스 지지모듈(40a) 상에 배치된다. 하부 설비 층의 4개의 기능모듈(20)은 본질적으로 동일한 높이를 갖는다. 기능모듈 상에서, 차례로 중간 설비 레벨로 배치되는 4개의 기능모듈(20)의 상측에는 중간 지지모듈(40b)이 배치된다. 중간 설비 층의 기능모듈(20) 상에는, 4개의 기능모듈(20)이 상부 설비 층으로 배치되는 추가의 중간 지지모듈(40b)이 배치된다. 마지막으로, 상부 설비 층의 4개의 기능모듈(20)의 상측에 안착되는 상부 지지모듈(40c)이 제공된다.
중앙 인장요소(62)는 하부면(4)에 체결된 앵커(도시 생략)로부터 모듈(40a, 40b, 40c) 내의 대응하는 개구를 통해, 그리고 모든 설비 층을 통해 상부 지지모듈(40c)까지 z 방향을 따라서 수직으로 연장된다. 인장요소(62)는 본질적으로 특정 설비 층의 중간 지점에 배치된다; 즉, 각각의 경우에 설비 층의 4개의 기능모듈(2)로부터 대략 동일한 거리로 있게 되어, 대칭적인 힘의 분포를 가져온다.
전술한 실시예의 변형과 동일하게, 강 또는 탄소 섬유로 제조된 단일 인장로드 또는 복수의 평행 인장로드나, 하나 이상의 평행 와이어 케이블을 인장요소(62)로서 사용할 수 있다. 유사하게, 인장요소는 직렬로 현수되는(suspended) 동일하거나 상이한 복수의 개별 요소로 제조할 수 있다.
대안적으로 또는 부가적으로, 인장요소(62)를 베이스 지지모듈(40a)에 체결하는 것이 가능하다. 본 발명의 그러한 실시예에서, 하부면(4) 내에 베이스 지지모듈(40a)을 적절히 고정함으로써 전체 설비의 고정을 수행할 수 있다.
인장요소(62)는 그의 상단 영역에서, 인장력에 의해 인장요소(62)에 작용하는 장력부여장치(80)와 기계적으로 작동가능하게 연결되어 있다. 이러한 인장력으로 인해, 다양한 중간모듈(40, 40a, 40b) 및 기능모듈(20)은, 나사 연결 등이 없어도, 모듈(20, 40a, 40b, 40c)이 안정적으로 함께 유지되는 방식으로 수직방향으로 서로에 대해 보강된다.
도시된 예시적인 실시예에서, 장력부여장치(80)는 상부 지지모듈(40c) 상에 장착되지만, 상부 지지모듈(40c)의 내부 또는 아래에도 배치될 수 있다.
상부 지지모듈(40c), 중간 지지모듈(40b) 및, 베이스 지지모듈(40a)은 예를 들어, 이형강 구조로 제조할 수 있다. 그러나, 충분한 기계적 강도 및 강성을 갖는 경량의 판형상(평탄) 지지 구조체, 예를 들어, 허니콤 구조 또는 파형 금속 시트를 제조하기 위한 다른 유형의 구성도 가능하다. 힘 분배는 베이스 지지모듈(40a) 및 상부 지지모듈(40c)을 통해 중앙 인장로드에서 기능모듈 스택까지 일어나므로, 이들은 중간 지지모듈(40b)보다 안정된 설계를 가져야 하며, 이는 본질적으로 설비(1) 전체 구조의 강성을 주로 보장한다.
도시된 모듈식 설비(1)의 예시적인 실시예의 다양한 기능모듈(20)은 예를 들어, 유체 물질, 전력선, 제어 케이블 등을 운반하기 위한 라인을 통해 서로 적절히 작동적으로 연결된 상태로 있다. 도 8에 도시된 그러한 연결 라인(77')의 예는 단지 예시적인 것으로 이해하면 된다. 본 발명에 따른 모듈식 설비(1)는 또한, 외부 설비 모듈(8)을 포함할 수도 있다.
도 9는 도 8의 예와 유사하게, 3개의 평면에 배치된 기능모듈(20)을 갖는 본 발명에 따른 또 다른 모듈식 설비(1)를 나타내며, 명료하게 하기 위해 연결 라인은 생략하였다. 도시된 예에서, 모듈(20, 40a, 40b, 40c)은 5개의 인장요소(62)로 보강된다. 단일 인장요소(62)와 비교하여, 복수의 분포된 인장요소(62)를 사용함으로써, 특히 보다 낮은 플레이트 강성을 갖는 상부 지지모듈(40c)의 사용을 가능케 하며, 그 결과, 상부 지지모듈에 대해 보다 가볍고 경제적인 설계를 사용할 수 있다. 또한, 복수의 인장요소(62)의 사용은 기능모듈(20)의 기계적 특성에 대한 설비의 보다 우수한 조정을 가능케 한다.
도 10은 3개의 평면에 배치되고, 8개의 인장요소(62)로 보강된 27 개의 기능모듈(20)을 갖는 본 발명에 따른 모듈식 설비(1)의 또 다른 변형예를 나타낸다. 베이스 지지모듈(40a)은 본질적으로 저류통(basin)(12)으로 구성되고, 유리하게는, 보강용 콘크리트로 제조되며, 그 일부가 하부면(4)에 매립된다. 인장요소(62)의 고정은 저류통 내의 고정 장치(72)를 통해 수행된다. 저류통(12)은 설비 내에서 오동작이 발생한 경우, 주변환경으로의 제어되지 않은 유출을 방지하는 점에서 특히 안전 예방책으로 사용된다. 따라서, 그러한 수집 저류통은 종종 화학제품 생산 설비의 안전 대책으로서 명시된다.
도 11은 본 발명에 따른 모듈식 설비(1)의 또 다른 유리한 실시예를 나타내며, 도 10의 설비에 대응하는 기본 설계를 갖는다. 횡으로 작용하는 힘에 대한 추가적인 안정화를 위해, 설비(1)는 중간 지지모듈(40b) 상에 배치된 결박점들(tie-down points)(48)을 외부 고정물(49)에 기계적으로 연결하는 당김줄(47)을 갖는다. 특히, x/y 방향으로 설비 상의 전단력은 이러한 식으로 감소시킬 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 당김줄이 상부 지지모듈 상에 배치된 결박점과 외부 고정물 사이에 있는 것도 가능하다.
도 12는 2개의 설비 층에 배치된 기능모듈(20, 20', 20")을 갖는 본 발명에 따른 모듈식 설비(1)의 또 다른 예시적인 실시예를 나타낸다. 또한, 기능모듈(20)과 크게 높이가 다른 설비 요소(76)를 동일한 설비 층에 설치할 수 있도록, 본질적으로 지지 구조체(78)로 구성된 기능모듈(20') 내에 이들 설비 요소를 배치할 수도 있다. 지지 구조체의 보다 나은 가시성(visibility)을 위해, 그 위에 배치된 상부 지지모듈(40c)의 일부는 생략하였다. 마찬가지로, 지지 구조체(78)만으로 구성된 기능모듈(20")은 동작가능한 기능모듈(20)이 존재하지 않는 위치를 점유하기 위한 플레이스 홀더(placeholder)로서 이용할 수 있다. 이는 예를 들어, 설비 내의 특정 위치가 설비의 향후 확장 가능성을 위해 개방된 상태로 유지되도록 하는 경우에, 의미가 있을 수 있다.
도 13은 중간 지지모듈(40b)(또는 베이스 지지모듈(40a)이나 상부 지지체(40c))의 빔(50) 상에 있는 기능모듈(20)의 2개의 다른 가능한 수평식 형태 끼워맞춤 지지체를 나타내며, 이는 특히 도 8 내지 12의 실시예에서 사용할 수 있다. 수평식 형태 끼워맞춤 지지체는 개별 기능모듈(20)이 빔(50) 또는 중간모듈(40a/40b/40c)에 대해 수평 방향으로 이동되는 것을 방지한다.
도 13(a)에 도시된 실시예에서, 수평식 형태 끼워맞춤 지지체는 본질적으로 수직 방향(z 방향)으로 배향되고 기능모듈(20)내의 원뿔형 볼트 안착부(24, 24)에 형태 끼워맞춤 방식으로 유지되는 볼트(64)로 구성된다. 또한, 볼트는 빔을 통과하도록 설계할 수 있음과 동시에, 하나가 다른 하나 위에 배열된 2개의 기능모듈의 수평식 형태 끼워맞춤 지지체용으로 사용할 수도 있다. 도 13(b)는 수평식 형태 끼워맞춤 지지체의 또 다른 변형을 나타낸다. 기능모듈(20)은 프레임 요소(64)에 의해 수평 방향으로의 이동이 방지된 채로 지지된다. 프레임 요소(64)는 빔(50)과 기계적인 연결로 고정되어 있다.
본 발명에 따른 모듈식 설비(1)의 또 다른 실시예가 도 14에 개략적으로 도시되어 있으며, 이는 복수의 입방체 형상 모듈(20) 및 연결모듈(40, 40', 40")을 포함한다. 도 14(a)의 정면도에서, 상부 좌측에서 모듈(20) 뒤에 배치되는 연결모듈(40')(보이지 않음)의 위치는 도시의 목적상 점선으로 표시되어 있다. 다른 기능모듈(20)에 대해서도 동일하게 적용한다. 도 14(b)의 측면도에서, 보이지 않는 연결모듈(40")의 위치는 점선으로 표시되어 있다.
9 개의 평탄한 입방체 형상 연결모듈(40)은 기반 베이스(6)상의 격자를 따라 배치되고, 다른 실시예에 대해서 이미 기재한 바와 같이, 적절한 수단을 통해 기반 베이스(6)에 연결된다. 기능모듈(20)은 이들 최하층의 연결모듈 각각에 배치되고, 그 아래에 배치된 연결모듈(40)에 형태 끼워맞춤 및/또는 억지 끼워맞춤 방식으로 연결된다. 인접한 모듈(20)은 본질적으로 평탄한 입방체 형상 연결모듈(40")을 통해 그의 측면에서 형태 끼워맞춤 및/또는 억지 끼워맞춤 방식으로 연결되고, 유사하게 평탄한 입방체 형상 연결모듈(40')을 통해 그의 정면에서 연결된다. 기능모듈과 연결모듈(40, 40', 40") 간의 형태 끼워맞춤 및/또는 억지 끼워맞춤 연결은 예를 들어, 나사 연결, 또는 스냅 로크, 베이어닛 로크 등의 다른 적절한 가역적인 체결 방법에 의해 수행할 수 있다. 그러한 경우에는 비효율적인 방법으로만 설비를 재건할 수 있지만, 용접에 의한 체결도 가능하다. 또한, 형태 끼워맞춤 및/또는 억지 끼워맞춤 연결은 이미 상세하게 위에서 논의한 바와 같이, 바람직하게는 수직 방향뿐만 아니라 수평 방향으로 인장요소에 의한 모듈의 적절한 보강을 통해서도 수행할 수 있다. 그러한 경우에, 기능모듈의 내부 지지 구조체의 지지칼럼은 바람직하게는, 서로 수직으로 배치된 체결점들 사이에서 연장된다.
연결모듈(40, 40', 40")은 각각의 경우에 기능모듈의 측벽에서 대응하는 체결점에 연결되고, 유리하게는 4개 내지 8개 이상의 연결점이 각 측면에 제공된다. 모듈(20, 40, 40', 40")은 도 5를 참조하여 이미 설명한 바와 같이, 모듈의 지지 구조체(78)의 일부이다.
전체 설비를 구성하기 위해서, 개별 기능모듈(20) 및 연결모듈(40, 40', 40")은 연속적으로 서로 위치결정되어 체결되며, 따라서 하부에서 상부까지 설비가 구성된다. 실제로 구성하는 동안 조립 단계의 수를 줄이기 위해, 조립 전에 기능모듈을 개별 연결모듈에 미리 연결할 수도 있으며, 이러한 형태로 결합된 건물 블록으로서 설비에 놓을 수도 있다.
연결모듈에는 파이프라인 섹션, 케이블 덕트, 전선 및 더 작은 부분의 장비와 같은 기반시설의 일부가 포함될 수 있다. 그러나, 이들 모듈이 본질적으로 단지 연결 기능만을 갖도록 의도된 경우, 연결 방향에서 특히 평탄한 디자인을 갖는 것도 가능하다. 그러한 경우, 기능모듈을 연결하기 위한 연결모듈은 가령, 높이가 10cm에 불과한 ISO 컨테이너의 크기를 가질 수 있다.
모듈식 설계로 비틀림 안정성이 크게 증가될 수 있다. 모듈은 그 전체가 보강된다. 특히, 예를 들어, 바람의 영향 또는 회전 기계로 인해 수평으로 작용하는 힘은 전체 구조에대해 작은 측면 편향만을 야기할 수 있다. 특정 이론에 구애받지 않고, 이러한 효과는 기능모듈 상에서 수평 방향으로 작용하고, 연결모듈에 의해 양측에서 상방 및 하방으로 편향되는 힘으로 인해 달성된다는 것이 본 출원인의 견해이며, 연결모듈은 자체적으로 매우 견고하고, 작용하는 힘에 대해 직각으로, 기능모듈 사이에서 3개의 상이한 배향으로 배열된다. 반면에, 고립된 연결점은 단지 약간의 비틀림 강성을 가지므로, 힘은 원래의 방향을 따라서 훨씬 더 강력하게 전체 구조를 통해 전파될 수 있다. 따라서, 개별 모듈에 힘이 횡으로 가해지면, 전체 구조와 비교하여, 문제가 되는 층의 모듈에서 현저한 횡방향 변위를 가져온다. 자연히, 수직으로 작용하는 힘에 대해서도 동일하게 적용된다.
개별 모듈이 인접한 코너 또는 모서리에서 격리된 연결점에 서로 연결되는 종래 기술과 비교하여, 모듈식 설비의 그러한 강화된 설계는 2개의 모듈 사이에서 연장되는 라인에 대한 모듈 간의 작은 변위 이동으로 인해, 특별한 조치를 취할 필요가 없으므로 특히 장점을 갖는다. 따라서, 예를 들어, 고압 증기 라인은 라인의 기하학적 구조의 동적 변화를 보상하기 위한 복잡한 팽창기를 필요로 하지 않으면서, 2개의 인접한 모듈 사이에 배치될 수 있다.
도 15는 기능모듈(20)의 제 1층과 제 2층 사이 및 제 2층과 제 3층 사이에서, 각각 (x-y) 평면에서 평행한 2개의 직접 접하는 연결모듈(40)이 공통 연결모듈(140)로서 설계되어 있는 그러한 모듈식 설비의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타낸다. 유사하게, (y-z) 평면에서 평행한 2 쌍의 직접 접하는 연결모듈(40")은 공통 연결모듈(140")로서 설계되어 있다. 또한, (x-z) 평면(보이지 않음)에서 공통 연결모듈(140')은 점선으로 도시되어 있다.
그러한 공통 연결요소의 사용은 일반적으로 설비의 전체 구조가 추가로 보강되는 장점을 갖는다. 또한, 전체 구조의 강성은 3개의 평면(x-y), (x-z), (y-z)에서 공통 연결모듈(140, 40', 140")의 목표 배치에 의해 필요에 따라 조정할 수 있다.
도 16은 기능모듈(20)의 긴 측면들을 연결하기 위해 각각의 경우에 2개의 연결모듈(40, 40")이 사용되는 그러한 모듈식 설비의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타내며, 정면을 연결하기 위한 단일 연결모듈이 제공된다. 이 실시예 변형은 모든 연결모듈이 형상 및 내부 구성과 관련하여 동일한 설계를 가질 수 있는 장점을 갖는다.
본 발명의 범위는 본원에 기재한 특정 실시예로 한정되지 않는다. 오히려, 당업자에게는 청구 범위의 보호 범위 내에 있는 본 발명의 다양한 그 밖의 변형이 본원에 개시한 예에 추가하여, 설명 및 관련 도면으로부터 가능하다. 또한, 다양한 참조 문헌이 설명에 인용되어 있으며, 그의 전체 개시내용이 본원에 참조로서 있다
1: 모듈식 설비
4: 하부면
6: 기반 베이스
8: 외부 설비 모듈
9: 연결 라인
11: 최상층 모듈
12: 최하층 모듈
12: 수집 저류통
20, 20a: 기능모듈
20, 20', 20": 기능모듈
20a: 높은 모듈
21: 하측
22: 상측
24, 24': 지지요소, 연결요소용 안착부
25, 25': 원뿔형 측면
26: 중앙 개구
40, 40', 40": 중간모듈, 연결모듈
40a: 베이스 지지모듈
40b: 중간 지지모듈
40c: 상부 지지모듈
41: 하측
42: 상측
44, 44': 지지요소, 연결요소용 안착부
45, 45': 원뿔형 측면
46: 중앙 개구
47: 당김줄
48: 결박점(체결용)
49: 외부 고정물
50: 빔
51, 51', 5": 교차 보강대
62: 인장요소, 인장로드
64: 연결요소, 연결 원뿔
66, 66': 원뿔형 측면
68: 관통공
70: 인장로드 앵커, 카운터베어링
72: 기반 앵커
74: 지지칼럼
76: 설비 요소
77, 77': 라인
78: 지지 구조체
79: 쉘, 외부 벽
80: 장력부여장치
81: 기초 구조체
82: 지지요소, 연결요소용 안착부
83: 원뿔형 측면
84: 너트
86: 하우징
87: 플랜지
90: 스프링 요소, 압축 스프링
92: 제 1 지지 디스크
93: 슬리브
94: 제 2지지 디스크, 이동가능한 지지체
95: 슬리브
140: 공통 연결모듈
4: 하부면
6: 기반 베이스
8: 외부 설비 모듈
9: 연결 라인
11: 최상층 모듈
12: 최하층 모듈
12: 수집 저류통
20, 20a: 기능모듈
20, 20', 20": 기능모듈
20a: 높은 모듈
21: 하측
22: 상측
24, 24': 지지요소, 연결요소용 안착부
25, 25': 원뿔형 측면
26: 중앙 개구
40, 40', 40": 중간모듈, 연결모듈
40a: 베이스 지지모듈
40b: 중간 지지모듈
40c: 상부 지지모듈
41: 하측
42: 상측
44, 44': 지지요소, 연결요소용 안착부
45, 45': 원뿔형 측면
46: 중앙 개구
47: 당김줄
48: 결박점(체결용)
49: 외부 고정물
50: 빔
51, 51', 5": 교차 보강대
62: 인장요소, 인장로드
64: 연결요소, 연결 원뿔
66, 66': 원뿔형 측면
68: 관통공
70: 인장로드 앵커, 카운터베어링
72: 기반 앵커
74: 지지칼럼
76: 설비 요소
77, 77': 라인
78: 지지 구조체
79: 쉘, 외부 벽
80: 장력부여장치
81: 기초 구조체
82: 지지요소, 연결요소용 안착부
83: 원뿔형 측면
84: 너트
86: 하우징
87: 플랜지
90: 스프링 요소, 압축 스프링
92: 제 1 지지 디스크
93: 슬리브
94: 제 2지지 디스크, 이동가능한 지지체
95: 슬리브
140: 공통 연결모듈
Claims (16)
- 복수의 입방체 형상 설비 모듈(20, 20a, 40, 40a, 40b, 40c)을 갖는 모듈식 설비(1)에 있어서,
상기 모듈은, 하나가 다른 하나 위에 적층된 2개 이상의 층으로 배열되고,
체결점(24, 24', 44, 44')을 갖는 지지 구조체(78)를 구비하며;
상기 체결점은 모듈을 그 위 및/또는 아래에 배치된 층의 인접하는 모듈의 대응하는 체결점에 연결하기 위해 제공되고;
수평면(x-y)에서, 하나의 층의 모듈(20, 40)은 그 위에 및/또는 아래에 배치된 층의 인접하는 모듈(40, 20)에 형태 끼워맞춤(form-fit) 방식으로 연결되며(24, 24', 64, 44, 44');
인장요소(62)를 갖는 하나 이상의 인장장치(62, 70, 80)가 제공되며, 상기 인장 요소는 최하층 모듈(40a) 또는 기반 블록(6)이 수직(z)을 따라서 최상층 모듈(40c)에 대해 인장력을 작용할 수 있고, 상기 최하층과 상기 최상층 사이의 모듈은 그 위에 및/또는 아래에 배치된 층의 인접하는 모듈(40, 20)과 함께 상기 체결점에서 억지 끼워맞춤(force fit)으로 함께 가압됨으로써 정위치에 고정되고;
제 1평면을 규정하는 3개 이상의 지지요소(24', 44')는 상기 모듈(20, 20a, 40)의 지지 구조체(78)의 상측(22, 42)에 배치되고, 상기 제 1평면과 평행한 제 2평면을 규정하는 3개 이상의 지지요소(24, 44)는 상기 지지 구조체의 상기 상측으로부터 떨어져 대향하고, 상기 지지요소는 상기 모듈의 체결점으로서 사용되고;
상측의 하나의 지지요소 및 각각의 경우에 하측의 하나의 지지요소는 쌍을 형성하고, 평면의 법선과 평행한 직선을 따라서 서로 정렬되며,
상기 지지요소(24, 24', 44, 44')는 원뿔형 오목부(25, 25', 45, 45')를 가지고;
인접한 층의 2개의 인접하는 모듈(20, 20a, 40)의 서로 대향하는 2개의 지지요소(24, 24', 44, 44')는 연결요소(64)에 의해 연결되며,
상기 연결요소(64)는 이중 원뿔 또는 이중 원뿔대의 형상을 가지며, 각각의 경우에 연결요소의 하나의 원뿔 또는 원뿔대는 2개의 지지요소 중 하나의 원뿔형 안착부에 배치되며, 직접 동일면으로(direct flush alignment) 그 위에 안착되는 것을 특징으로 하는 설비.
- 제 1항에 있어서,
상기 연결요소(64)의 원뿔형 측면(66, 66')과 상기 지지요소(24, 24')의 안착부의 원뿔형 측면(25, 25')은, 연결요소의 원뿔 또는 원뿔대가 지지요소의 원뿔형 안착부와 동일면으로 안착되고, 관련 모듈이, 상기 원뿔 또는 원뿔대의 측면의 일부가 아닌, 특히 상기 이중 원뿔 또는 이중 원뿔대의 종방향 축에 수직인 상기 연결 요소의 면이 아닌 면에 안착되지 않도록 형성되는 설비.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
지지모듈(40, 40a, 40b, 40c, 6)을 갖는 층과 하나 이상의 기능모듈(20, 20', 20", 20a)을 갖는 층은 하나가 다른 하나 위에 교대로 배열되는 설비.
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 모듈(20, 20a, 40)은, 모듈의 하나 이상의 층에 관해, 상기 층의 2개 이상의 모듈의 체결점이 그 위에 및/또는 아래에 배치된 층의 공통 모듈의 체결점에 연결되도록 배열되는 설비.
- 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 모듈(20, 20a, 40)은, 모듈의 적어도 일부가 3 차원 격자를 형성하도록 맞물려서 적층되는 설비.
- 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 모듈(20, 20a, 40)의 지지요소(24, 24', 44, 44')는 중앙 개구(26, 46)를 가지므로, 인장요소(62)는 각각의 경우에 2쌍의 지지요소에 의해 규정되는 직선을 따라서 개구를 통해 안내되는 설비.
- 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연결요소(64)는 인장요소(62)가 안내되는 관통공(68)을 갖는 설비.
- 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 모듈(20, 20a, 40)은, 모든 모듈의 지지요소(24, 24', 44, 44')가 수직(z)에 대해 평행한 복수의 직선을 따라 일직선으로 되고, 이들 각각의 직선을 따라서, 인장요소(62)가 안내되거나, 인장요소가 배치되도록 배열되는 설비.
- 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
온도의 변화 동안 인장요소(62) 상에서 인장 응력을 유지하기 위한 하나 이상의 장력부여장치(80)를 구비하며, 이 장력부여장치는
설비의 최상층 모듈(11) 또는 최하층 모듈(12)에 체결되거나 그 위에서 지지되는 기초 구조체(81, 82, 87, 92), 인장요소의 종방향 축을 따라서 상기 기초 구조체에 대해 이동가능한 지지체(94), 및 상기 기초 구조체와 상기 이동가능한 지지체 사이에 배치되는 스프링 요소(90)를 포함하며,
인장요소의 제 1단(63)은 상기 장력부여장치의 이동가능한 지지체 상에 안착(84)되거나 그에 연결되고, 상기 인장요소의 제 2단은 카운터베어링(70) 상에서 설비의 반대쪽에 안착되거나 그에 연결되며,
상기 인장요소의 제 1스프링 상수(D1) 대 상기 스프링 요소의 제 2스프링 상수(D2)의 비(D1/D2)는 4/1 이상, 바람직하게는 6/1 이상, 특히 바람직하게는 9/1이상인 설비.
- 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 따르는 모듈식 설비를 구성하는 조립 세트로서,
지지 구조체(78)를 갖는 복수의 모듈(20, 20a, 40)로서, 제 1평면을 규정하는 3개 이상의 지지요소(24', 44')는 상기 지지 구조체의 상측(22, 42)에 배치되고; 상기 제 1평면과 평행한 제 2평면을 규정하는 3개 이상의 지지요소(24, 44)는 상기 상측으로부터 떨어져 대향하는 상기 지지 구조체의 하측(21, 41)에 배치되며; 상측의 지지요소 및 하측의 지지요소는 각각의 경우에 쌍을 형성하고, 평면의 법선과 평행한 직선을 따라서 서로 정렬되며; 상기 지지요소는 원뿔형 오목부(25, 25' 45, 45')를 갖는, 복수의 모듈과;
이중 원뿔 또는 이중 원뿔대 형상을 갖는 복수의 연결요소(64); 및
하나 이상의 인장요소(62)를 포함하고,
상기 연결요소(64)의 원뿔형 측면(66, 66')과 상기 지지요소(24, 24')의 안착부의 원뿔형 측면(25, 25')은, 상기 원뿔 또는 원뿔대의 측면의 일부가 아닌, 특히 상기 이중 원뿔 또는 이중 원뿔대의 종방향 축에 수직인 상기 연결요소의 면이 아닌 상기 연결요소의 면 상에 안착되는 관련 모듈의 일부가 없이, 연결요소의 원뿔 또는 원뿔대가 지지요소의 원뿔형 안착부와 동일면으로 안착되도록 형성되는 설비.
- 제 10항에 있어서,
상기 모듈(20, 20a, 40)의 지지요소(24, 24', 44, 44')는 중앙 개구(26, 46)를 가지므로, 인장요소(62)는 각각의 경우에 2쌍의 지지요소에 의해 규정되는 직선을 따라서 개구를 통해 안내되는 조립 세트.
- 제 10항 또는 제 1항에 있어서,
상기 연결요소(64)는 인장요소(62)가 안내되는 관통공(68)을 갖는 조립 세트.
- 제 10항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
온도의 변화 동안 인장요소(62) 상에서 인장 응력을 유지하기 위한 하나 이상의 장력부여장치(80)를 구비하며, 이 장력부여장치는 모듈 상에서 체결되거나 그 위에서 지지되는 기초 구조체(81, 82, 87, 92), 상기 기초 구조체에 대해 이동가능한 지지체(94), 및 상기 기초 구조체와 상기 이동가능한 지지체 사이에 배치되는 스프링 요소(90)를 포함하며, 인장요소의 제 1단(63)은 상기 장력부여장치의 이동가능한 지지체 상에 지지(84)되거나 그에 연결되고, 상기 인장요소의 제 1스프링 상수(D1) 대 상기 스프링 요소의 제 2스프링 상수(D2)의 비(D1/D2)는 4/1 이상, 바람직하게는 6/1 이상, 특히 바람직하게는 9/1이상인 조립 세트.
- 하나가 다른 하나 위에 적층된 2개 이상의 층으로 배열되는 복수의 입방체 형상 기능모듈(20) 및 복수의 연결모듈(40, 40', 40")을 포함하는 모듈식 설비(1)에 있어서,
연결모듈은 2개의 직접 접하는 기능모듈의 대향 배치된 측면들 사이에 배치되고, 각각의 경우에 평면에 배치된 3개 이상의 연결점에서, 이들 기능모듈의 대응하는 측면에서 특정 기능모듈의 지지 구조체(78)에 억지 끼워맞춤 및/또는 형태 끼워맞춤 방식으로 연결되는 모듈식 설비.
- 제 14항에 있어서,
공통 평면(x-y), (y-z) 또는 (x-z)에 배치되는 연결 모듈 그룹의 2개 이상의 연결모듈이 공통 연결모듈(140, 140', 140')로서 설계되는 모듈식 설비.
- 제 14항 또는 제 15항에 있어서,
적어도 한 쌍의 기능모듈(20)은 그들의 측면에서 하나 이상의 연결모듈(40, 40', 40")에 의해 연결되는 모듈식 설비.
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