KR20190132903A

KR20190132903A - 단열 구조재

Info

Publication number: KR20190132903A
Application number: KR1020180112875A
Authority: KR
Inventors: 정태영; 박공주
Original assignee: 정태영
Priority date: 2018-09-20
Filing date: 2018-09-20
Publication date: 2019-11-29

Abstract

본 발명은 단열 구조재에 관한 것으로, 첫째, 단열 구조재의 연결부 구조를 개선하여 열교 현상을 최소화 내지는 방지할 수 있으며, 둘째, 단열 구조재의 코어 층 내부에 진공단열재를 배치하여 단열성능을 향상시키고, 셋째 구조적 성능이 우수한 비발포성 폴리머 재질로 코어 층을 구성하여 구조적 강성을 높이며, 코어 층의 기밀 접착구조를 통해서 진공단열재의 가스 출입을 방지하며, 화재에 취약하지 않도록 방화성능을 강화시킬 수 있도록 함으로써, 단열성능과 구조성능이 필요한 분야에 범용적으로 적용할 수 있다.

Description

단열 구조재{THERMAL STRUCTURE}

본 발명은 단열 성능과 구조재 성능을 갖는 단열 구조재에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 단열 구조재의 연결부 구조를 개선하여 열교 현상을 최소화 내지는 방지할 수 있으며, 단열 구조재의 코어 층(core layer) 내부에 진공단열재를 포함하는 중간층을 배치하여 단열성능을 향상시키고, 구조적 성능이 우수한 비발포성 폴리머 재질로 코어 층을 구성하여 구조적 강성을 높이며, 코어 층이 진공단열재의 표면 전체를 균일하게 감싸도록 구성하여 진공단열재의 가스출입을 방지하고, 화재에 취약하지 않도록 내화성능을 강화시킨 단열 구조재에 관한 것이다.

일반적으로 복합 라미네이트 구조재는 밀폐된 금속박스에 엘라스토머(elastomer)를 주입하여 제작하는 것으로, 건축물의 콘크리트 구조재 및 조선 분야의 철 구조재를 대체하는 구조재로 사용되기도 한다.

특허등록 제10-0742033호 공보에는 복합 라미네이트 구조재가 개시(開示)되며, 공보에 개시된 종래 복합 라미네이트 구조재는 다음과 같은 문제들이 있다.

첫째, 종래 복합 라미네이트 구조재는 하중과 충격을 위주로 고안된 구조재로, 단열성능을 위한 단열재로의 기능에는 한계가 있다. 즉, 금속박스를 구성하는 제1 금속 층과 제2 금속 층이 상대적으로 고밀도인 폴리머(엘라스토머)의 중간층에 접착 연결된 구조이므로, 열교 현상이 제1 금속 층과 제2 금속 층 전면에서 발생한다.

열교 현상이란, 단열 구조재 구조상 끊어진 부분, 즉 끝단 부분이 다른 부분보다 온도가 상대적으로 낮고 또 그 끝단 부분을 통해서 많은 열류(熱流)가 흐르게 되어, 액화가스(LNG 또는 LPG 등)와 같은 극저온 화물에 대하여 단열성을 현저히 떨어뜨리는 현상을 말한다. 예를 들어, 열전도율이 매우 높은 금속 재질이 두께 방향으로 관통되어 설치될 경우, 이를 통해서 상당한 열류가 흐르게 된다.

종래 복합 라미네이트 구조재는, 구조상 제1 금속 층과 제2 금속 층의 열전도율이 매우 높으므로, 단열재로서의 기능은 폴리머(엘라스토머)로 구성된 중간층이 주로 담당한다.

하지만, 일반적으로 사용되는 엘라스토머의 열전도율(k-value)은 약 0.17∼0.18 W/mㆍK(20℃ 기준) 수준으로, 에어로젤이나 진공단열재와 같은 단열재와는 비교조차 되지 않으며, 일반적으로 가장 널리 사용되고 있는 유기 및 무기 단열재(열전도율 0.030~0.045 W/mㆍK)에 비해서도 단열성능이 현저히 떨어지므로, 종래 복합 라미네이트 구조재는 단열재로 사용하기에 적합하지 않다.

현재까지 단열 성능과 구조재 성능을 함께 갖는 단열 구조재(또는 복합 패널)에 대한 기술이 미비하고, 공개된 대부분의 단열 구조재가 종전의 문제점을 그대로 갖고 있기 때문에 큰 하중과 저온의 화물(예를 들어, 액화가스)을 저장하는 화물창에는 적용하지 못하는 기술적 한계가 있다.

종래 단열 구조재는, 페리미터 바(perimeter bar)가 금속으로 형성되어 구조적 강성은 유지하였으나, 금속은 열전도율이 높고, 열교 현상이 발생하여 단열 성능을 현저하게 떨어뜨리는 문제가 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 도 1의 (a)에 도시된 패널타입 단열 구조재에서는, 하부 금속 판(3)과 상부 금속 판(4) 사이에 금속의 페리미터 바(5)가 설치되고, 하부 금속 판(3)과 상부 금속 판(4) 사이에 폴리우레탄 층(7)이 형성되되, 열교 현상을 방지하기 위하여 상부 금속 판(4) 끝단 부에 인접 상부 금속 판(4)을 서로 연결하는 열교 현상 방지 부재(6)의 설치를 상정해 볼 수 있다.

패널타입이란 완성된 단열 구조재가 인접하여 배치되고, 용접이나 다른 체결방식을 통해서 단열 구조재가 연결되어 조립 시공되는 방식을 말한다.

하지만, 열교 현상 방지 부재(6)를 설치하더라도, 도 1의 (b)에서 화살표로 도시한 바와 같이, 열교 현상 방지 부재(6) 양 끝단 부와 상부 금속 판(4)의 끝단 부에 열류가 집중하고 페리미터 바(5)를 통해서 점선 화살표로 표시한 바와 같이 열류가 전달되므로 단열성을 현저하게 떨어뜨리는 열교 현상의 문제가 여전히 발생함을 예상할 수 있다.

한편, 도 1의 (c)에 도시된 오버레이 타입은 시공현장에서 직접 시공하는 방법으로, 하나의 하부 금속 판(3) 위에 페리미터 바(5)와 상부 금속 판(4)을 적층 하도록 구성하는 것으로 상정할 수 있다. 즉, 하부 금속 판(3)과 상부 금속 판(4) 끝단 부에 금속의 페리미터 바(5)가 설치되고, 하부 금속 판(3)과 상부 금속 판(4) 사이에 폴리머층(7)이 형성되며, 페리미터 바(5)가 금속재질로 구성되는 것을 상정할 수 있다.

하지만, 오버레이 타입 단열 구조재에서는, 금속의 페리미터 바(5)를 통해서 점선 화살표로 표시한 바와 같이 열류가 전달되어 단열성을 현저하게 떨어뜨리는 열교 현상의 문제가 여전히 발생함을 예상할 수 있다.

종래에는 다음과 같은 문제들이 있다.

1) 열교 현상을 일으킨다.

금속박스(폴리머층이 형성되는 공간)를 구성하기 위해 금속재질의 페리미터 바를 사용하지만, 금속재질의 특성상 페리미터 바는 엄청난 열교 현상을 일으키기 때문에, 저온 탱크 내의 냉기를 급격히 외부로 유출하거나, 화재 시 반대편 온도를 급격히 상승시키는 주된 역할을 한다.

일반 페리미터 바를 사용할 경우, 통상적으로 전체 면적의 약 3~7%가 금속 재질의 페리미터 바로 연결된 급격한 열교 구역으로 형성된다. 가장 일반적인 철(steel)을 사용한다고 가정하면, 이러한 열교 구역의 열 전도율이 통상 코어 재질의 약 80~100배 높고, 일단 반대쪽으로 열이 전달되면 열전도가 높은 금속판을 통해 급격하게 열 전달이 발생한다. 따라서, 이 경우, 반대편 면적의 약 20%~40%가 단열 문제를 초래한다.

이러한 이유로 인해서 비발포성 폴리머를 사용한 구조재는 구조재 외부에 내화재 또는 내화 도료를 피복해야 하는 경우가 많다.

2) 진공단열재는 단열 구조재에 적용하는 데에 기술적인 한계가 있다.

우선, 구조재로서의 기능이 매우 미약하다. 진공단열재의 탄성계수는 약 50~80㎫ 내외인데, 이는 철의 탄성계수에 비해 약 3000배 작은 강도이다. 따라서 진공단열재 하나로만 건물의 바닥재나 선박의 저온 탱크를 제작하는 것은 불가능하다.

또한, 단열 측면에서도, 외부 충격에 의해서 진공단열재의 피복이 손상될 경우, 외부 공기가 출입(出入) 되어 단열성능이 현저하게 감소하는 단점이 있다.

즉, 진공단열재의 외부 피복재는 진공 챔버에서 효과적으로 내부 충진재를 둘러싸는 역할을 수행해야 하므로, 얇은 알루미늄 계열이나 이와 유사한 성능을 가진 복합 피복재를 사용한다. 이러한 피복은 외부 충격이나 스크래치(scratch)에 매우 취약하며, 시간이 지나면서 조금씩 외부 공기나 습기가 진공단열재 내부로 투습하여 단열 성능이 조금씩 떨어진다.

3) 발포성 폴리머(예: 폴리우레탄)는 화재에 매우 취약하다.

기존의 대형 LPG 또는 LNG 운반선은 화물창의 저온을 유지하기 위해서 발포성 폴리머를 단열재로 사용한다.

즉, 조밀한 비발포성 폴리머를 사용할 경우, 단열 성능이 현저히 떨어지므로, 발포를 일으키는 물질을 혼합하여, 코어 층 내부에 발포식 팽창 구조를 만든다. 문제는, 이러한 LPG 또는 LNG 운반선에 적용되는 발포물질이 화재 발생에 매우 취약하며, 화재 시 인체에 매우 유해한 가스를 방출한다는 것이다. 선박뿐만 아니라 육상용 냉동/냉장 저장 창고도 발포성 폴리머를 사용하여 화재가 난 사례가 다수 존재한다. 건조 중에 발생하는 용접 불씨 등도 문제이지만 건조 후에도 발포성 폴리머는 화재에 매우 취약하다.

4) 비발포성 폴리머 구조재는 단열성능이 떨어지므로 LPG 또는 LNG 운반선 저온 탱크의 단열재로 적용하기 어렵다.

비발포성 폴리머를 사용한 구조재의 경우는, 통상 금속박스로 구성되고 기밀한 구조로 만들어진 비발포성 폴리머의 난연성 및 무독성 특징으로 인해서, 화재에 대하여 발포성 폴리머 구조재보다 상대적으로 유리한 점이 있다.

즉, 금속박스 내의 밀폐된 공간에 주입된 비발포성 폴리머는 약 300℃ 이상의 온도에 수 십분 가량 노출되어도, 내부의 비발포성 폴리머는 공기가 없는 기밀한 특징과 발포성 폴리머와는 달리, 매우 조밀한 밀도(통상적인 비중 1.0 이상)를 가지는 특성으로 인해서 내부 비발포성 폴리머 표면 일부에 탄화 작용이 일어나며 타는 정도에 불과하다. 하지만, 비발포성 폴리머 구조재의 단열성능은 일반 EPS 단열재 성능의 5~7분의 1 수준으로 매우 떨어진다. 따라서, 일차적으로 LPG 또는 LNG 운반선 저온 탱크의 단열 성능을 만족하기가 어렵기 때문에 비발포성 폴리머를 사용한 구조재는 LPG 또는 LNG 운반선 저온 탱크에 적용하기 어렵다.

5) 비발포성 폴리머 구조재는 단열 성능이 떨어지므로, 내화 기준을 적용하는 구조물에 적용하기 어렵다.

비발포성 폴리머 구조재는 내화 성능이 발포성 폴리머 구조재보다 매우 좋기는 하지만 단열 성능이 부족하므로, 일반적인 내화 기준인 화재에 노출되지 않은 반대편 온도를 110℃~180℃로 장시간 유지하는 데에는 한계가 있다.

실제로, 2시간 이상의 내화 성능을 유지하는 건축물 바닥재에 적용하는 경우, 비발포성 폴리머를 적용한 복합 라미네이트 구조재는 내화용 도료나 단열재의 피복이 필수적으로 요구되므로, 비발포성 폴리머 구조재를 내화 기준 구조물에 적용하기 어렵다.

6) 통상적인 방식으로는 진공단열재가 내화용 단열재로 사용될 수 없다.

진공단열재를 구성하는 코어 물질(예: 흄드 실리카, fumed silica)은 모래 알갱이와 비슷한 특성을 지니므로, 온도가 올라가도 타지 않는 불연재에 속하며, 높은 온도에서도 진공도만 어느 정도 유지될 수 있으면 단열재로서의 기능이 거의 그대로 구현된다. 하지만, 전술한 바와 같이 진공단열재는 내부 진공도를 유지하기 위해 얇은 알루미늄 계열이나 이와 유사한 성능을 가진 복합 피복재를 사용한다. 이러한 복합 피복재는 온도가 조금만 높아져도 변형이 손쉽게 발생하며, 이로 인해 복합 피복에 균열이 생기거나 파손되어 내부의 진공도가 급격히 떨어지게 된다.

이로 인해서, 진공단열재의 단열 성능은 여타의 단열재에 비해 월등히 우수하나, 내화용 단열재로는 사용될 수 없다. 실제로, 진공단열재의 최고 허용 고온 온도는 일반적으로 최고 100℃~150℃ 내외에 불과하므로, 진공단열재가 내화용 단열재로 사용될 수 없다.

국내 공개특허 제10-1997-0005615호

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 첫째, 단열 구조재의 연결부 구조를 개선하여 열교 현상을 최소화 내지는 방지할 수 있으며, 둘째, 단열 구조재의 코어 층 내부에 진공단열재를 포함하는 중간층을 배치하여 단열성능을 향상시키고, 셋째 코어 층에 구조적 강성이 우수한 비발포 폴리머를 이용하여 구조적 강성을 높이고, 비발포 폴리머 재질의 코어 층이 진공단열재의 표면 전체를 균일하게 감싸도록 하여 진공단열재의 가스 출입을 방지하며, 넷째, 별도의 내화용 도료나 단열재의 도움없이 구현되는 자체 내화 기능을 대폭 향상시킬 수 있도록 함으로써, 단열성능과 구조성능 및 내화와 방화 기능이 필요한 분야, 예를 들어 저온 화물창의 단열시스템이나 건축 구조물 등에 범용적으로 적용할 수 있도록 함에 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 단열 구조재를 제공한다.

본 발명의 단열 구조재는 금속 상판; 상기 금속 상판과 일정한 공간을 가지면서 위치하는 금속 하판; 상기 금속 상판과 상기 금속 하판의 중간에 삽입된 진공단열재; 및 상기 진공단열재를 전체적으로 감싸면서 상기 금속 상판 및 상기 금속 하판과 밀착 접합되는 비발포성 수지; 를 포함하여, 상기 비발포성 수지를 이용하여 구조적 강성을 높이고, 상기 비발포성 수지가 진공단열재의 표면 전체를 감싸도록 하여 상기 진공단열재의 가스 출입을 방지할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.

1) 가벼우면서도 매우 강한 구조적 기능을 가진다. 즉, 상 하부의 금속 판과 코어 층으로 형성된 효과적인 복합 라미네이트 구조재로서의 기능을 가진다.

상, 하부에 배치된 금속 판이 구조 전체에 걸리는 엄청난 in-plane 스트레스를 견딜 수 있고, 단열 구조재 내부의 코어 층 중 하나인 비발포성 폴리머의 역할로 인해서 구조 전체의 복합 단일 거동이 가능하며, 코어 층의 두께만큼 이격된 구조 때문에 단면 계수도 증가하므로, 매우 효과적인 구조재로서의 기능을 가진다. 또한, 비발포성 폴리머는 충격에 강한 특성을 지니므로, 본 발명의 단열 구조재는 외부 충격을 효과적으로 흡수할 수 있다.

2) 상하 연결부의 중간에 비금속 층, 예를 들어 비발포성 폴리머(중간 연결부)를 형성함으로써, 열교 현상을 효과적으로 차단할 수 있음은 물론, 코어 층을 형성하기 위한 액상의 비발포성 폴리머 충진 경화과정에서, 비발포성 폴리머 재질의 코어 층과 중간 연결부인 비금속 층을 일체로 형성함과 아울러, 기밀성과 접합성을 향상시켜서 구조적 강성은 물론 단열성능을 충분히 확보할 수 있다.

특히, 코어 층의 내부에는 진공단열재를 포함하는 중간층을 형성할 수 있는 데, 코어 층이 박스공간 안에 기밀 접착하고 진공단열재 주위를 균일하게 둘러 감싸는 구조로 형성되는바, 코어 층이 기밀 또는 액밀하게 접합하여 구조적 강성을 더욱 견고하게 유지하도록 한다.

본 발명의 단열 구조재에서, 상부 구조는 극저온 액화가스의 누출을 막을 수 있는 금속재로 덮인 기밀구조이며, 긴밀한 접합 구조에 의해서 구조적 성능이 매우 뛰어나다. 이와 같이 긴밀한 접합 구조에 의해서, 구조적 성능이 뛰어나게 됨은 물론, 비발포성 폴리머 중 비발포성 폴리우레탄을 사용할 경우, 코어 층이 약 900㎏/㎥의 밀도를 가지며, 200㎫보다 큰 탄성계수와, 기밀 접합구조로 진공단열재의 주위를 감싸 보호하므로, 진공단열재에서 가스출입이 발생하지 않게 되어, 장기간 사용시에도 단열 성능 저하 없이 단열 성능을 그대로 유지할 수 있다.

더 나아가, 비금속 층(중간 연결부)의 내부에 단열재를 더 내장하여 열교 현상을 더욱 효과적으로 차단할 수도 있다.

3) 저장탱크의 구조적인 움직임이나 하중이 매우 클 경우, 본 발명의 단열 구조재의 커넥터의 연결 구조에 의해서, 극저온 탱크용 단열 구조재에 걸리는 스트레스가 분산됨은 물론 구조적 성능이 월등히 향상될 수 있다.

즉, 커넥터의 연결구조에 의해서, 극저온 탱크용 단열 구조재에 걸리는 하중이 분산됨은 물론, 하중에 대하여 금속박스 및 코어 층과 중간층 모두가 동일하게 거동하므로, 구조적 성능이 월등히 향상되고 박리현상도 효과적으로 방지할 수 있으며, 국부 좌굴 현상 측면에서도 구조적인 성능을 월등히 향상시킬 수 있다. 통상적으로 발포성 폴리머는 내부의 기포 등으로 인해서 수 ㎪의 접합 강도를 가지는 데 비해서, 비발포성 폴리머의 접합강도는 수 ㎫까지 가능하므로, 작은 면적의 커넥터로도 엄청난 박리 현상 방지 효과가 있다.

4) 본 발명의 단열 구조재에서, 커넥터는 액상의 비발포성 폴리머 주입 전에 배치될 수 있는데, 코어 층의 액상의 비발포성 폴리머가 경화되면서 커넥터의 표면 전체에 걸쳐서 접합하므로, 커넥터는 자연스럽게 코어 층과 기밀하게 접합하게 되고, 쇄기 형상 등을 가질 수 있으며, 평면상 보이는 면적의 최소 2~3배 이상 접합 면적이 증가하여 코어 층을 구조적으로 견고하게 잡아주는 구조가 형성되고, 내구성과 결합성이 월등히 향상된다.

5) 본 발명의 단열 구조재가 적용된 LPG 운반선 화물창은, 독립 탱크 삽입 방식이 아니라 선체에 직접 시공하는 방식이기 때문에, 기존의 독립 탱크와 선체 사이에 발생하는 엄청난 사각공간을 없앨 수 있어 공간 효율이 대폭 증가한다.

본 실시 예에서는, 사각공간이 없어지고 기존의 발포성 폴리머 시공 두께(약, 120mm)와 단열 보호재의 시공두께가 얇아지면서 엄청난 추가 탱크 공간 확보가 가능하다.

기존의 선형을 유지하는 경우는 화물창 용적이 약 20~25% 증가하거나, 기존의 화물창 크기(DWT 84K)를 유지하는 경우는 선체의 전체 사이즈(폭, 길이, 높이 등)가 대폭 감소하기 때문에 약 5~10% 정도의 선박의 경량화 및 선형 계수 감소로 인해서 10~20% 이상의 연료 소비량 감소 효과도 기대할 수 있다.

6) 본 발명의 단열 구조재가 적용된 LNG 또는 LPG 운반선 화물창 제작시 화재 위험을 근본적으로 해결할 수 있다.

비발포성 폴리머 재질은 발포성 폴리머 재질에 비해서 월등히 내화 및 방화 성능이 우수하며, 특히 폴리머 자체가 박스공간(상, 하부 판과 연결부에 의해 형성된 내부 공간)안에 밀봉되기 때문에 직접적인 화기와의 노출이 원천 차단된다.

7) 본 발명의 단열 구조재는 내화 성능 또한 매우 우수하다. 즉, 별도의 내화용 도료나 단열재가 없이도 상당한 자체 내화 성능을 가지게 된다.

밀폐된 금속 박스 내에 주입된 비발포성 폴리머는 기밀한 구조로 인해서 고온에 장시간 노출되어도 표면에 국부적인 탄화 현상이 발생하는 정도이다. 하지만, 비발포성 폴리머의 열전도율이 높아서, 별도의 내화용 도료나 단열재 없이, 반대편 온도를 통상적인 내화 성능 기준인 약 110~180℃가량으로 유지하는 것이 어렵다.

본 발명에 따르면, 진공단열재의 피복이 고온에 의해 변형 또는 파손되더라도 비발포성 폴리머의 코어 층이 기밀하게 진공단열재를 보호하고 있으므로, 진공단열재의 단열 성능이 유지된다.

따라서, 반대편 온도도 상당 시간 내화 성능 기준치 내로 만족하게 되므로, 별도의 내화용 도료나 단열재 없이도 상당한 자체 내화 성능을 가지게 된다.

8) 본 발명의 단열 구조재는 진동, 소음 저감 측면에서도 매우 유용하다. 코어 층이 금속이나 콘크리트보다 유연한 물질로 구성되어 있기 때문에 상당한 댐핑 효과를 가지게 된다.

또한, 진공단열재 내부의 진공 구조는 진동 및 소음 저감 측면에서도 월등하다.

상기 7) 및 8)은 선박의 거주구역이나 건축물의 벽체 및 바닥재로 사용될 경우, 시공성, 공간 활용 및 거주성 증진 측면에서 월등히 우수한 효과를 갖는다.

9) 본 발명의 단열 구조재가 적용된 LNG 또는 LPG 운반선 화물창 구조의 단순화로 막대한 제작 시수 및 재료비 감소가 가능하다.

기존의 독립 탱크 삽입 방식의 경우는, 독립 탱크 자체도 상당한 구조 시공이 요구되고 독립 탱크를 지탱하는 선체도 막대한 구조 시공이 요구되나, 본 발명의 경우는 하나의 선체구조를 사용하기 때문에, 즉 사이드 셀(외판, side shell)에 인너 헐(inner hull)을 설치하는 대신에 단열 구조재를 직접 사이드 셀 등에 시공하는 단순 구조로 인해서 막대한 제작비 감소 효과가 있다.

10) 본 발명의 단열 구조재가 적용된 LPG 운반선 화물창 제작시, 특수 저온 철판 사용량이 감소하여 제작비용이 대폭 절감된다.

LPG 탱크 온도는 통상 영하 50℃~55℃ 정도로 유지되므로, 일반 철판보다 가격이 높은 특수 저온강을 사용하여 독립 탱크 전체를 제작해야 한다.

본 발명의 경우는, 액화가스와 접촉하는 상부 판은 특수 저온 강을 사용하여야 하지만, 액화가스와 접촉하지 않는 하부 판은 일반 철판을 사용할 수 있는 구조이기 때문에 고가의 특수 저온강의 사용량이 약 반으로 감소하고, 두께에 있어 종래 독립 탱크 구조 두께가 12T일 경우, 본 발명의 경우는, 특수 저온용 철판 6T 및 일반 철판 6T만 소요되므로, 제작비용이 대폭 절감된다.

11) LNG 또는 LPG 운반선 화물창의 전체 제작 기간이 단축된다.

종래 독립 탱크 삽입 방식의 경우는, 많은 인원을 투입하여 여러 까다로운 공정들을 거쳐야 하고, 운송 및 탑재 측면에서도 어려운 작업이 많기 때문에 많은 시간이 소요된다. 하지만, 본 발명은 시공 방법을 혁신적으로 개선하기 때문에 전체 제작 기간이 크게 단축될 수 있다.

12) 극저온 액화가스와 직접 접촉하는 금속재의 상부 판과 코어 층 사이에 진공단열재를 기본으로 설치하고, 그 진공단열재에 진공단열재 표면 보호재, 보강 단열재, 슬립재 등을 추가로 배치하여서, 극저온을 차단하여 단열 구조재 내부 온도를 코어 층의 허용온도(약 -30℃∼-70℃) 내지는 그 이상으로 유지함으로써, 극저온 취성 파괴 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.

13) 극저온 액화가스와 직접 접촉하는 금속재질의 상부 판과 비발포성 폴리머 재질의 코어 층 사이에 중간층을 설치하되, 그 중간층은 진공단열재를 기본으로 하고, 그 위에 슬립재 등을 추가로 배치하여, 상부 판과 중간층 사이에 슬립(slip) 현상을 유도함으로써, 상부 판과 코어 층의 열 팽창 계수 차이 때문에 발생하는 써멀 스트레스를 대폭 줄이거나 써멀 스트레스가 단열 구조재 내부로 전달되는 것을 효과적으로 차단하여 열 변형 및 용접부위 파손을 효과적으로 방지할 수 있다.

도 1은 복합 라미네이트 구조재의 열교 현상을 설명하기 위한 도면
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 단열 구조재를 도시한 사시도
도 3은 도 2의 종단면도
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 단열 구조재를 도시한 종단면도
도 5 내지 도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 단열 구조재에서, 중간층의 설치를 도시한 종단면도
도 8 내지 도 10은 중간층이 진공단열재를 기본 구성으로 하고, 진공단열재 위에 진공단열재 표면 보호재, 슬립재, 보강 단열재를 추가로 설치하는 도면
도 11은 상부 판과 하부 판 사이에 커넥터가 설치되는 도면
도 12는 코어 층의 내부에 경량 형상체가 설치되는 도면
도 13은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 단열 구조재를 도시한 사시도
도 14는 도 13의 단열 구조재를 도시한 종단면도
도 15 내지 도 26은 충진 단차형 구조의 연결부를 갖는 단열 구조재 구성을 설명하기 위한 도면
도 27 및 도 28은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 단열 구조재를 도시한 종단면도
도 29 및 도 30은 본 발명의 제5 실시 예에 따른 단열 구조재를 도시한 종단면도
도 31은 본 발명의 제6 실시 예에 따른 단열 구조재를 도시한 사시도
도 32는 본 발명의 제6 실시 예에 따른 단열 구조재를 도시한 종단면도
도 33은 본 발명의 제7 실시 예에 따른 단열 구조재를 도시한 종단면도
도 34는 본 발명의 제8 실시 예에 따른 단열 구조재를 도시한 종단면도
도 35는 본 발명의 제9 실시 예에 따른 단열 구조재를 도시한 종단면도

본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함한다."라고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 도면에 도시된 단열 구조재의 두께 및 형상 등은 본 발명의 기술을 용이하게 설명하기 위한 것에 불과한 것으로, 도면에 도시된 것에 국한되지 않는다.

그리고 상부, 하부 등의 용어는 설명의 편의를 위해 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 임의적인 용어로, 이들 용어들은 위치와 보는 방향에 따라 역으로 변경되거나 다른 용어로 변경될 수 있음은 물론이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 단열 구조재에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 단열 구조재는 하부 판(10); 상기 하부 판(10)과 일정간격을 유지하여 상기 하부 판(10)의 상방에 배치되는 상부 판(20); 상기 하부 판(10)과 상기 상부 판(20) 사이에 배치되는 단열재를 포함하는 중간층(50); 상기 하부 판(10)과 상기 상부 판(20)의 끝단 부에 마련되며, 금속 층과 비금속 층의 혼합체로 구성된 연결부; 상기 하부 판(10), 상기 상부 판(20), 상기 중간층(50), 상기 연결부가 이루는 박스공간 안에 액상으로 주입 경화되는 코어 층(40); 을 포함한다.

본 실시 예의 비발포성 폴리머는 비발포성 폴리우레탄을 포함한다.

연결부는 테두리 역할을 하는 것으로, 열교 현상을 방지하고 구조적 체결을 위하여 각 단열 구조재에 연결되는 부재 또는 단열 구조재 간의 구조적 체결을 견고하게 하는 역할을 할 수 있다.

연결부는 상 하부 판(20,10)과 별도로 구성될 수도 있지만, 일체로 형성되거나 그 일부로 구성될 수도 있다.

연결부의 폭은 20mm 이상 300mm 이하로 할 수 있으며, 단열재의 열전도율은 고성능 단열재 열전도율은 0.01 W/mK 이하로 설정할 수 있다.

코어 층(40)은 상, 하 판(20,10) 사이에서 전단력을 전달하는 작용을 한다.

코어 층(40)은 상, 하 판(20,10)에 충분한 강도로 접합하며, 이용시 예측되는 전단력에 대해 충분한 기계적 특성을 갖는 재질, 예를 들어, 비발포성 폴리머를 포함한다.

비발포성 폴리머는 폴리우레탄(polyurethane), 에폭시 수지, 페놀 수지, 불포화 폴리에스터, 비닐에스터, 천연 고무 및 합성 고무 등이 있으며, 바람직하게는 폴리우레탄 소재를 사용할 수 있다.

코어 층(40)과 상, 하부 판(20,10) 간의 접합 강도는 3㎫보다 커야하며, 바람직하게는 6㎫보다 크다. 전형적인 사용 및 점유 하중(occupancy load)이 1.4㎪ 내지 7.2㎪의 오더로 이루어지는 플로어 패널(floor panel)과 같은 낮은 하중(low load) 적용들에 대해서는, 접합 강도가 예를 들어 약 0.5㎫로 더 낮을 수 있다.

코어 층(40)의 밀도는 900㎏/㎥ 이상으로 하고, 바람직하게는 900∼1900㎏/㎥ 이상으로 하는 것이 좋다.

코어 층의 탄성계수는 200㎫ 이상으로 할 수 있으며, 바람직하게는 300㎫이상으로 하는 것이 좋다.

본 발명의 단열 구조재는 상기 하부 판 1개 위에 상기 상부 판 1개가 배치되어 서로 인접하는 단열 구조재가 연결되는 패널타입(panel type)(도 2 내지 도 32 참조)과, 상기 하부 판 1개 위에 상기 상부 판 여러 개가 배치되어 격자구조로 구성되는 오버레이 타입(overlay type)(도 33, 도 34 참조) 중 어느 하나로 구성될 수 있다.

패널타입(panel type)은 단열 구조재를 일정크기의 단위(unit) 혹은 모듈(modul)로 구성하고, 시공 현장에서 조립 시공하는 방식에 적용할 수 있는 반면에, 오버레이 타입(overlay type)은 시공 현장에서 직접 제작 시공하는 방식에 적용할 수 있다.

본 발명은 패널타입(panel type)과 오버레이 타입(overlay type)은 물론 이들을 혼합하는 혼용타입으로도 가능하다.

본 발명의 패널 타입에서, 단열 구조재는 연결부의 형태에 따라 다음과 같이 구분할 수 있다.

① 블록 적층형 구조의 연결부를 적용한 단열 구조재(100)(도 2 및 도 3 참조), ② 충진 적층형 구조의 연결부를 적용한 단열 구조재(200)(도 4 참조), ③ 블록 단차형 구조의 연결부를 적용한 단열 구조재(300)(도 13 내지 도 26 참조), ④ 충진 단차형 구조의 연결부를 적용한 단열 구조재(400)(도 27 및 도 28 참조), ⑤ 충진 마감형 구조의 연결부를 적용한 단열 구조재(500)(도 29 및 도 30 참조), ⑥ 볼트 체결형 구조의 연결부를 적용한 단열 구조재(600)(도 31 및 도 32 참조)를 포함한다.

이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 블록 적층형 구조의 연결부를 적용한 단열 구조재(100)(제1 실시 예)에 대하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 단열 구조재(100)를 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 종단면도이다.

본 발명의 제1 실시 예에 따른 단열 구조재(100)는 금속재질의 하부 판(10); 하부 판(10)의 상방에 배치되며, 하부 판(10)과 일정간격을 유지하고 하부 판(10)과의 사이에 공간(S)을 형성하는 금속재질의 상부 판(20); 하부 판(10)과 상부 판(20)의 끝단 부에 마련되는 연결부(130); 하부 판(10), 상부 판(20), 연결부(130)가 이루는 박스공간 안에 액상으로 주입 경화되어 충진되는 코어 층(40); 을 포함한다. 공간(S) 안에는 비금속 층, 예를 들어 비발포성 폴리머 또는 폴리우레탄 재질의 코어 층(40)이 채워지므로 단열 구조재 제조 이후에 공간(S)은 없어진다.

코어 층(40)을 구성하는 비발포성 폴리머는 액상으로 주입한 후 경화되는 과정에서, 통상 부피가 약간 증가하려는 특성이 있기 때문에, 주입 과정에서 상부 판(20)에 하중을 가하여 눌러주는 과정이 수반된다. 이러한 비발포성 폴리머의 특성으로 인해서 본 발명에서는 코어 층(40)이 채워지는 내부의 공간(S)이 빈틈없이 매우 기밀하게 채워지는 장점이 있다.

하부 판(10)과 상부 판(20)은 편평한 구조로 형성될 수 있고, 금속재질, 예를 들어 서스(SUS), 인바(Invar) 등, 또는 금속을 포함한 복합 소재로 제조될 수 있다. 금속을 포함한 복합 소재의 예로는 LNG 화물창에 사용되는 트리플렉스(Triplex) 재질이 있는데, 이는 얇은 알루미늄판의 주위를 glass cloth 및 resin으로 둘러싼 구조로서, 극저온에서의 거동이 우수한 복합소재이다.

참고로, 서스는 Steel, Use, Stainless의 머리글로 일본 규격인 JIS에서 스테인리스강의 규격을 나타낼 때 사용하는 것이다.

액화가스와 직업 접하는 상부 판(220)의 상면에는 다수의 주름 부(corrugation)(미도시)가 형성될 수도 있다.

본 실시 예에서, 연결부는 단열 구조재(100)를 서브 구조물(1: 도 19)에 고정하거나 인접하는 단열 구조재(100)를 서로 연결하는 역할 등을 할 수 있다. 또한, 연결부(130)는 금속 층과 비금속 층의 혼합체를 포함하여 구성될 수 있다.

참고로, 서브 구조물(1)이란 선박의 화물창이거나 독립형 탱크 본체의 일부이거나 건축 구조물 등의 베이스 프레임이나 플레이트를 포함한다. 아울러, 서브 구조물(1)의 형태나 구성은 본 발명의 일 예를 설명하기 위한 것이고, 이에 국한되는 것은 아니다.

연결부(130)의 형상은 본 실시 예의 도면에 국한되지 않으며, 바(bar) 혹은 스틱 형태, 또는 사각 프레임이나 테두리 부재 등을 포함하며, 코어 층(40)을 형성하기 위해 액상의 비발포성 폴리머 주입 및 경화 시, 액상의 비발포성 폴리머의 흘러내림을 방지하는 기능을 갖는다.

도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 연결부(130)는 금속재질의 하부 연결부(131), 금속재질의 상부 연결부(132) 및 하부 연결부(131)와 상부 연결부(132) 사이에 동일 형상으로 개재되어 접합(접착)하는 중간 연결부인 비금속 층(133), 예를 들어 비발포성 폴리머로 구성될 수 있다. 이와 같이 연결부(130)는 금속 층과 비금속 층의 혼합체로 구성될 수 있다.

연결부(130)의 제조에 있어, 하부 연결부(131), 상부 연결부(132) 및 비발포성 폴리머(133)는 별도의 제조공정(미도시)을 거쳐서 서로 접합(또는 접착)되어 일체로 구성될 수도 있다.

예를 들어, 하부 연결부(131), 상부 연결부(132) 및 비발포성 폴리머(중간 연결부)(133)를 접합(또는 접착)하는 방식은, 하부 연결부(131)와 상부 연결부(132)를 각각 블록형태로 제조한 후에 그 사이에 비발포성 폴리머(133)을 충진 경화시켜서 연결부(130) 전체를 일체로 형성하는 방법을 사용할 수도 있다.

또한, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 연결부(130)는 금속재질의 하부 연결부(131), 금속재질의 상부 연결부(132) 및 하부 연결부(131)와 상부 연결부(132) 사이에 "T"자 형상으로 개재되어 접합(또는 접착)하는 중간 연결부인 비금속 층(133), 예를 들어 비발포성 폴리머로 구성될 수 있다.

도 4는 충진 적층형 구조의 연결부를 적용한 단열 구조재(200)를 도시한 종단면도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 단열 구조재(200)는 연결부를 제외한 나머지 구성이 본 발명의 제1 실시 예에 따른 단열 구조재(100)와 동일하므로, 이하에서 연결부(230)에 대해서만 설명한다.

본 발명의 제2 실시 예에 따른 단열 구조재(200)에서, 연결부(230)는 하부 연결부(231)와 상부 연결부(232) 사이에 중간 연결부인 비금속 층(233), 예를 들어 비발포성 폴리머를 형성한다. 이와 같이 연결부(230)는 금속 층과 비금속 층의 혼합체로 구성될 수 있다.

즉, 제1실시 예와 같이 비발포성 폴리머를 블록형태로 제조하는 것이 아니라, 하부 판(10)과 상부 판(20) 각각에 하부 연결부(231)와 상부 연결부(232)가 설치된 상태에서, 비발포성 폴리머 재질의 코어 층(40)을 제조하기 위하여 액상의 비발포성 폴리머를 주입 및 경화하는 과정에서, 코어 층(40)과 함께 하부 연결부(231)와 상부 연결부(232) 사이에 비금속 층(233)을 형성함으로써, 열교 현상을 최소화하고 단열성능과 구조재 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

한편, 도 5 내지 도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 단열 구조재(100)에서, 중간층의 설치를 도시한 종단면도이다.

본 발명의 제1 실시 예에 따른 단열 구조재(100)에서, 하부 판(10)과 상부 판(20) 사이에 공간(S)이 형성되는데, 공간(S)에는 중간층(50)을 더 포함하되, 중간층(50)은 상부 판(20)의 하측에 설치되거나(도 5 참조), 코어 층(40) 안에 설치되거나(도 6 참조), 하부 판(10)의 상측에 설치되는 구성(도 7 참조)중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 도 6에서 S1 및 S2는 스페이서(spacer) 혹은 지지부재(support membrane)로서, 일정간격을 유지하거나 중간층(50)을 지지하는 부재를 의미한다.

중간층(50)은 진공단열재로만 구성될 수 있는데, 이 경우 진공단열재의 두께는 약 5∼25㎜로 구성할 수 있으며, 코어 층(40)과 상부 판(20) 사이에 설치되어, 극저온을 차단하여 코어 층(비발포성 폴리머 재질)(40)의 허용온도(-30℃∼-70℃) 이상으로 유지하여, 즉 비발포성 폴리머 사용온도 범위 내로 유지하여 극저온 취성 파괴 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.

본 실시 예에서는, 진공단열재뿐만 아니라, 진공단열재 대신에 에어로젤 단열재, 또는 슬림(slim)의 유기 및 무기 단열재 중 적어도 어느 하나를 포함하며, 기존에 사용하기 어려운 비정형 타입 단열재(기체, 액체, 젤 타입의 단열재)도 포함할 수 있다.

진공단열재의 열전도율(W/mㅇK, 20℃ 기준)은 0.0045 내외 또는 그 이하로 한다. 에어로젤 단열재는 Aspen aerogels, Thermablock 등을 포함하며, 열전도율(W/mㅇK, 20℃ 기준)은 0.015 내외 또는 그 이하로 한다.

진공단열재의 구조는 심재, 및 그 심재를 진공 포장하는 외피 재를 포함하고, 심재 및 외피 재 사이에 금속 박을 포함하되, 금속 박은 알루미늄 포일(foil)을 포함한다. 진공단열재의 구조는 이미 개시된 공지공용의 기술에 해당하므로, 이에 대한 구체적 설명은 생략한다.

도면에 도시하지는 않았으나, 본 실시 예에서는 상하 부 판(20,10) 사이에 코어 층(40)이 마련되고, 그 코어 층(40)의 내부에 진공단열재(50)가 설치되어 진공단열재 전체를 둘러싸며, 단열 구조재 측부(테두리 부분)에 코어 층(40) 전체가 노출되도록 구성될 수도 있다.

이와 같이 단열 구조재의 측부에 연결부 없이 코어 층(40) 측면 전체가 노출되는 구성에서는, 비발포성 폴리머 재질인 코어 층(40)이 진공단열재(50)의 표면 전체를 감싸 보호하며, 코어 층(40)의 경화 과정 시 발생하는 코어 층(40)의 압축 하중이 효과적으로 분산되기 때문에 진공단열재의 손상을 효과적으로 방지하고 단열 성능과 구조재 성능을 모두 향상시킬 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 중간층(50)은 진공단열재를 포함하며, 중간층(50)이 상부 판(20)의 하측에 설치되는 경우, 중간층(50)은 상부 판(20)과 슬립 가능하게 설치될 수 있다.

코어 층(40)은 진공단열재를 외부충격으로부터 보호하고, 구조적 강성을 유지하기 위하여 공간(S) 안으로 액상의 비발포성 폴리머가 주입 경화되어 공간의 내부 면에 기밀하게 접착된다.

또, 도 8 내지 도 10을 참조하면, 중간층(50)은 진공단열재(51)를 기본 구성으로 하고, 진공단열재(51) 위에 진공단열재 표면 보호재(52), 슬립재(53), 보강 단열재(54) 중 적어도 어느 하나 이상의 조합으로 이루어질 수 있다.

진공단열재의 밀도는 약 150~300㎏/㎥로 다른 발포성 단열재보다 밀도가 높으며, 압축 하중에 상당히 강한 특성이 있다. 하지만, 피복에 스크래치가 발생하여 미세한 구멍이 생기거나 찢어지면, 단열 성능이 현저히 떨어지는 단점이 있다.

본 실시 예에서는, 진공단열재의 이러한 단점을 고려하여 상부 판(20)과 하부 판(10)이 금속판으로 구성되는 경우, 금속판인 상부 판(20)의 표면에 먼지나 이물질에 의해 뾰족한 돌기(미도시)가 있을 수 있으며, 이 경우, 진공단열재(51)의 피복이 제작과정에서 그 뾰족한 돌기에 의해 손상될 수 있으므로, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 진공단열재(51) 위에 진공단열재 표면 보호재(52)가 설치되는 것이다. 진공단열재 표면 보호재(52)는 필름 형태로 진공단열재(51) 상면 피복을 보호하는 역할을 할 수 있다.

진공단열재는 코어 층(40)과 상부 판(20) 사이에 설치되어 단열성능을 가지며, 진공단열재 표면 보호재(52)는 진공단열재와 상부 판(20) 사이에 설치되어 진공단열재의 피복 손상을 방지하며, 슬립 재(53)는 상부 판(20)과의 슬립을 가능하게 할 수 있다.

슬립 재(53)는 중간층(50)의 더 원활한 슬립을 유도하는 역할을 할 수 있으며, 종이 재질의 골판지 형태이거나 합성수지 시트 등으로 구성될 수 있다.

슬립 재(53)는 표면이 매끄럽게 형성되는 것이 바람직하다. 표면이 매끄러울수록 극저온에서 슬립현상을 좀 더 원활히 유도하여, 극저온과 직접 접촉하는 금속재의 상부 판(20)과 코어 층(40) 간의 열 팽창 계수가 상이하여 발생하는 써멀 스트레스(thermal stress) 및 코어 층(40)의 극저온 취성 파괴 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.

금속재질인 상부 판(20)과 폴리우레탄 재질인 코어 층(40)은 열팽창 계수가 상이한바, 상이한 열팽창 계수로 인하여 써멀 스트레스(thermal stress, 열 응력)가 발생할 수 있다.

참고로, 써멀 스트레스란 온도변화에 의해 고체 내부에 생기는 응력을 말한다. 폴리우레탄 재질인 코어 층(40)의 열팽창 계수는 금속재질의 상부 판(20)에 비해서 약 4∼10배 큰 것으로 알려져 있는데, 이러한 열팽창 계수 차이에 의해서 써멀 스트레스가 발생하여 구조재 성능을 현저히 떨어뜨리는 문제가 있다.

이러한 문제점을 고려하여 본 실시 예에서는, 슬립 가능한 중간층(50)을 추가하는 간단한 구조변경을 통해서 열팽창 계수 차이에 의해 발생할 수 있는 써멀 스트레스를 대폭 감소하고, 극저온 취성 파괴 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.

중간층(50)의 상면은 상부 판(20)의 하면과 슬립 가능하게 접하고, 중간층(50)의 하면은 코어 층(40)과 접합하도록 구성될 수 있다.

하부 판(10), 상부 판(20)과 연결부(130)에 의해서 형성된 박스공간 안에 코어 층(40)이 완전 밀착하여 접합하며, 코어 층(40)이 기밀 접합하여 진공단열재 표면 전체를 감싸 보호하도록 구성하여 코어 층(40)의 압축 하중이 효과적으로 분산되도록 할 수 있으며, 코어 층(40)이 밀착되어 구조재로서의 기능을 충분히 발휘할 수 있다.

하부 판(10), 상부 판(20), 연결부(130), 코어 층(비발포성 폴리머 재질)(40), 중간층(50) 간의 결합구조를 살펴보면, 코어 층(40)은 하부 판(10)과 연결부(130)와 중간층(50)이 이루는 박스공간 내면에 기밀 내지는 액밀하도록 밀착 접합 또는 접착할 수 있다.

코어 층(40)은 경화과정에서 박스공간 내면에 기밀 내지는 액밀하도록 밀착하여 접합(또는 접착)할 수 있기 때문에, 별도의 접착제를 사용하지 않더라도 견고하게 결합할 수 있는 것이다.

연결부(130)의 하부 연결부(131)과 상부 연결부(132)는 각각 하부 판(10)과 상부 판(20)에 용접 또는 볼트 체결 방식 등으로 고정할 수 있다.

중간층(50)과 상부 판(20)은 접착제를 사용하지 않으며, 슬립 가능하게 접촉된 상태를 유지할 수 있다.

써멀 스트레스를 대폭 감소하고 그의 전달을 막기 위해서 상부 판(20)과 상부 판 아래 구조물 사이의 슬립 작용이 중요하며, 이러한 슬립 작용을 좀 더 원활히 유도하기 위하여 슬립재(53)가 설치되는 것이다.

또한, 도면에 도시하지는 않았으나, 단열설계 기준치를 만족하기 위해서, 한 장의 진공단열재로 단열성능이 부족할 경우, 추가로 다른 보강 단열재들을 진공단열재와 함께 배치하여 설계기준을 만족할 수도 있다.

또한, 도면에 도시하지는 않았으나, 상당한 외부 충격이 있는 경우, 진공단열재에 전달되는 충격 에너지를 흡수하기 위한 충격 완화재(미도시)가 더 배치될 수도 있다.

도 11에 도시된 바와 같이, 상부 판(20)과 하부 판(10) 사이에 커넥터(70)가 설치될 수 있다.

커넥터(70)의 연결구조에 의해서, 예를 들어 상부 판(20)과 코어 층(40)이 3MPa 이상의 강한 힘으로 연결됨으로써, 단열 구조재(100)에 걸리는 하중이 균일하게 분산됨은 물론, 하중에 대하여 상, 하부 판(20,10) 및 코어 층(40) 등 모두가 동일방향으로 거동하므로, 박리현상도 효과적으로 방지할 수 있고 구조적 성능이 월등히 향상된다.

도 11의 (a)에 도시된 바와 같이, 커넥터(70)의 상단은 상부 판(20)에 고정되고, 커넥터(70)의 하단은 코어 층(40)에 고정될 수 있다.

즉, 커넥터(70)의 웨브(web)(71)는 중간층(50)의 유격(관통 홀)을 관통하여 위치하며, 커넥터(70)의 플랜지(flange)(72)는 코어 층(40) 안에 고정될 수 있다.

도 11의 (b)에 도시된 바와 같이, 커넥터(70)는 양단부가 코어 층(40)에 고정될 수 있다. 즉, 커넥터(70)의 웨브(web)(71)는 중간층(50)의 유격(관통 홀)을 관통하여 위치하며, 커넥터(70)의 양쪽 플랜지(flange)(72)는 코어 층(40) 안에 고정될 수 있다.

커넥터의 설치 위치와 형상은, 본 실시 예에 국한되지 않으며, 다양하게 변경할 수 있다.

또한, 커넥터(70)를 통해서 열전달이 이루어지지 않도록 커넥터(70)는 열전도율이 낮은 재질로 하는 것이 바람직하며, 커넥터(70)의 표면에 단열재가 코팅되는 것이 바람직하다.

도 12에 도시된 바와 같이, 코어 층(40)의 내부에 경량 형상체(80)가 구비될 수 있다. 경량 형상체(80)는 탁구공(구체)과 같은 버블 코어(bubble core)일 수 있다.

경량 형상체(80)는 서로 인접하여 배치되거나 혹은 일정 간격을 두고 배치될 수 있다. 경량 형상체(80)의 재질은 코어 층(40)과의 긴밀한 접합을 위해서 비발포성 폴리머 재질이거나 친화성(서로 결합이나 접합이 잘되는 성질) 있는 재질로 하는 것이 바람직하지만, 이에 국한되는 것은 아니다.

코어 층(40)의 내부에 경량 형상체(80)가 형성됨으로써, 그만큼 전체 중량의 감소가 가능하여, 단열 구조재의 경량화가 가능하며, 경량 형상체(80)가 공간 안에서 조밀하게 배치됨으로써, 구조재 강성과 단열 성능을 더욱 높일 수 있다.

한편, 도 13은 블록 단차형 구조의 연결부를 적용한 단열 구조재(300)를 도시한 사시도이고, 도 14는 도 13의 단열 구조재(300)를 도시한 종단면도이다.

도 13 및 도 14를 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 단열 구조재(300)는 금속재질의 하부 판(10); 하부 판(10)의 상방에 배치되며, 하부 판(10)과 일정간격을 유지하고 하부 판(10)과의 사이에 공간(S)을 형성하는 금속재질의 상부 판(20); 열교 현상을 방지하고 구조적 체결을 위하여 하부 판(10)과 상부 판(20)의 끝단 부에 마련되며, 금속 층과 비금속 층의 혼합체로 구성된 연결부(330); 하부 판(10), 상부 판(20), 연결부(330)가 이루는 공간에 액상으로 주입 경화되는 비발포성 폴리머로 채워지는 코어 층(40)을 포함한다.

본 실시 예에서, 연결부(330)는 하부 판(10)에 고정되는 금속재질의 하부 연결부(331)와, 상부 판(20)에 고정되고 하부 연결부(331)와 단 차지게 배치되는 금속재질의 상부 연결부(332)를 구비하되, 하부 연결부(331)와 상부 연결부(332) 사이에 중간 연결부인 비금속 층(333), 예를 들어 비발포성 폴리머를 충진하여 개재하는 충진 단차 및 블록 연결형 구조로 구성될 수 있다. 이와 같이 연결부(330)는 금속 층과 비금속 층의 혼합체로 구성될 수 있다.

비발포성 폴리머(333)는 비발포성 폴리머 재질의 코어 층(40)의 경화과정에서 코어 층(40)과 일체로 형성될 수 있다.

마감 부재(340)는, 상부에 금속판(341)이 형성되고 금속판(341)의 하면에는 비발포성 폴리머 블록(342)이 형성될 수 있는데, 금속판(341)은 상부 연결부(332)에 용접되거나 볼트 등의 체결방식으로 결합하거나 고정할 수 있다.

본 실시 예에서 결합방식 또는 고정방식은 용접이나 볼트 체결방식에 국한되지 않으며, 설계 조건이나 시공방법에 따라 이외에 다른 결합방식을 채택할 수 있다.

도 15 내지 도 26은 블록 단차형 구조의 연결부를 갖는 단열 구조재(300) 구성을 설명하기 위한 도면으로, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 단열 구조재(300)는 금속재질의 하부 판(10)의 상방 테두리 부분에 하부 연결부(331)를 용접 또는 볼트 체결방식 등으로 고정할 수 있다. 그 다음, 하부 판(10)의 상면에 다수의 스페이서(S1)를 적정하게 배치하여 올려놓고, 그 스페이서(S1) 위에 중간층(예를 들어, 진공단열재)(50)을 배치한다.

이때, 스페이서(S1)에 의해서 하부 판(10)과 진공단열재(50)는 서로 간격을 유지하여 그 사이에 공간을 형성한다. 그 다음, 진공단열재(50)의 상면에 다수의 스페이서(S2)를 올려놓고, 그 스페이서(S2) 위에 상부 판(20)을 배치한다. 상부 판(20)의 테두리 부분에는 상부 연결부(332)가 마련된다.

하부 판(10)과 상부 판(20) 사이의 공간에는 코어 층(40)을 형성하기 위하여 액상의 비발포성 폴리머를 주입 경화시키며, 하부 연결부(331)와 상부 연결부(332) 사이에도 함께 중간 연결부인 비금속 층(333), 예를 들어 비발포성 폴리머를 형성한다.

진공단열재는 외부의 포일과, 내부 충진 물질(흄드 실리카 또는 글라스 울 등)로 구성될 수 있으며, 공기/가스가 유입되지 않도록 진공을 유지하도록 구성된다. 특히, 흄드 실리카는 모래 입자와 비슷하므로 불연재로 구성되며 글라스 울 등도 내화재로 사용 가능한 재질이다.

본 발명의 단열 구조재(300)는 서브 구조물(1: 도 19 참조) 위에 설치되고 서로 근접하여 배치되는 블록 단차형 구조로 구성되며, 서로 인접하는 단열 구조재(300) 사이에 마감 부재(340,350)가 고정 설치된다.

마감 부재(340,350)는, 상부에 금속판(341)이 형성되고 금속판(341)의 하면에는 비발포성 폴리머 블록(342)이 단 차지게 형성될 수 있다. 금속판(341)은 상부 판(20)과 동일 두께를 갖도록 하여 상면이 편평하게 하는 것이 바람직하다. 도면에 도시하지 않았으나, 비발포성 폴리머 블록(342)은 블록형태가 아니라 액상의 비발포성 폴리머를 주입 경화시켜서 제작할 수도 있다. 즉, 금속판(341) 하부에 형성된 공간 안에 액상의 비발포성 폴리머를 주입 경화시키는 방식으로 시공할 수 있다.

본 실시 예에서, 마감 부재(340,350)는 단열 구조재 4개가 모이는 꼭지점 부근에 설치되는 십자형 마감 부재(340)(도 22, 23, 24 참조); 및 단열 구조재 2개가 근접하는 모서리 부근에 설치되는 일자형 마감 부재(350)(도 25 참조)로 구성될 수 있다.

본 실시 예에서, 서브 구조물(1)이란 선박의 화물창이거나 독립형 탱크 본체의 일부이거나 건축 구조물 등의 베이스 프레임이나 플레이트를 포함한다. 아울러, 서브 구조물(1)의 형태나 구성은 본 발명의 일 예를 설명하기 위한 것이고, 이에 국한되는 것은 아니다.

본 발명의 단열 구조재 조립체는 구조재 기능과 단열 기능을 동시에 수행해야 하는 분야, 예를 들어 선박의 화물창의 단열시스템이나 냉동창고, 또는 건축 구조물 등에서 다양하게 적용할 수 있다.

단열 구조재(300)의 시공방법을 좀 더 구체적으로 살펴보면, 서브 구조물(1) 위에 단열 구조재(300)가 인접하도록 배치된 후, 볼트 홀(331a) 안에 볼트(B)를 체결하여 단열 구조재(300)를 견고하게 고정한다. 이때, 하부 판(10)과 하부 판(10) 사이에는 틈새가 발생하고 그 틈새에 실란트(2)를 채운다(도 22 참조). 그리고 단열 구조재(300) 사이에 마감 부재(340, 350)를 고정 설치하도록 한다. 마감 부재의 금속판(341)은 상부 연결부(332)에 볼트 체결되거나 용접 등으로 고정설치될 수 있다.

도면에 도시하지는 않았으나, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 단열 구조재(300) 구성에도 본 발명의 제1 실시 예에 개시된 중간층, 커넥터, 경량 형상체를 모두 포함할 수 있다.

한편, 도 27은 충진 단차형 구조의 연결부를 적용한 단열 구조재(400) 제조를 설명하기 위한 도면이고, 도 28은 충진 단차형 구조의 연결부를 적용한 단열 구조재(400)를 도시한 종단면도이다.

도 27 및 도 28을 참조하면, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 단열 구조재(400)는, 하부 판(10)의 상면 테두리 부분에 하부 연결부(431)가 형성되고, 하부 판(10)의 상면에 하부 스페이서(S1)를 설치하며, 하부 스페이서(S1)에 의해 하부 판(10)과 일정간격을 유지하여 중간층(50)을 거치한다.

중간층(50)의 상면에 상부 스페이서(S2)를 설치하고, 상부 스페이서(S2)에 의해 중간층(50)과 일정간격을 유지하며, 상부 판(20)의 하면 테두리 부분에 상부 연결부(432)가 형성된다.

임시 차단 부재(170)를 이용하여 하부 연결부(431)와 상부 연결부(432) 틈새를 차단하고, 천공(액상의 비발포성 폴리머를 주입하기 위한 홀: 미도시)을 통해서 하부 판(10)과 상부 판(20) 사이에 형성된 상부 공간 안에 액상의 비발포성 폴리머를 주입하고 경화시켜서 코어 층(40)을 형성하도록 한다. 임시 차단 부재(170)는 액상의 폴리우레탄이 잘 묻지 않는 재질, 예를 들어 테프론 재질로 하는 것이 바람직하다.

이때, 하부 연결부(431)와 상부 연결부(432) 사이에도 중간 연결부인 비금속 층(433), 예를 들어 비발포성 폴리머를 형성하도록 한다. 이와 같이 연결부(430)는 금속 층과 비금속 층의 혼합체로 구성될 수 있다.

충진 단차형 구조의 연결부(430)를 적용한 단열 구조재(400)에서는, 액상의 비발포성 폴리머를 주입하고 경화시켜서 코어 층(40)을 형성하는 과정에서, 하부 연결부(431)와 상부 연결부(432) 사이에 비금속 층(433)을 형성하되, 코어 층(40)과 비금속 층(433)을 일체로 함께 형성하는 것이다.

이와 같이 코어 층(40)과 함께 비금속 층(433)을 함께 형성함으로써, 열교 현상을 최소화하고 단열성능과 구조재 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

단열 구조재 사이에는 마감 부재(440)가 마감될 수 있으며, 마감 부재(440)의 결합 구조에 있어서, 도 28의 (a)에 도시된 바와 같이, 마감 부재(440)의 금속판(441)은 상부 연결부(432)에 용접될 수 있다.

도 28의 (b)에 도시된 바와 같이, 마감 부재(440)의 금속판(441)은 상부 연결부(432)에 볼트(B)로 체결할 수 있다.

또한, 도 29 및 도 30은 충진 마감형 구조의 연결부를 적용한 단열 구조재(500)를 도시한 종단면도이다.

도 29 및 도 30을 참조하면, 본 발명의 제5 실시 예에 따른 단열 구조재(500)는 금속재질의 하부 판(10); 하부 판(10)의 상방에 배치되며, 하부 판(10)과 일정간격을 유지하고 하부 판(10)과의 사이에 공간(S)을 형성하는 금속재질의 상부 판(20); 열교 현상을 방지하고 구조적 체결을 위하여 하부 판(10)과 상부 판(20)의 끝단 부에 마련되며, 금속 층과 비금속 층의 혼합체로 구성된 연결부(530); 하부 판(10), 상부 판(20), 연결부(530)가 이루는 공간에 액상으로 주입 경화되는 비발포성 폴리머로 채워지는 코어 층(40);을 포함한다.

연결부(530)는 상부 판(20)에 탈착 가능하게 결합하고, 상부 연결부(532)와 하부 연결부(531) 사이의 공간 안에 액상의 비발포성 폴리머를 주입 경화시켜서 중간 연결부인 비금속 층(533), 예를 들어 비발포성 폴리머를 코어 층(40)과 일체로 형성하고, 서로 인접하는 단열 구조재(500)를 서로 연결하는 충진 마감형 구조로 구성될 수 있다. 이와 같이 연결부(530)는 금속 층과 비금속 층의 혼합체로 구성될 수 있다.

다시 말해서, 코어 층(40)의 결합 홈(41)에 상부 연결부(532)의 양단부를 삽입하여 결합하고, 상부 연결부(532)와 하부 연결부(531) 사이의 공간 안에 액상의 비발포성 폴리머를 주입 경화시키는 방법으로 단열 구조재(500)를 제조할 수 있다. 하부 연결부(531) 사이에는 글라스 울과 같은 충진재(2)가 구비될 수 있다.

액상의 비발포성 폴리머를 주입 경화과정에서, 상부 연결부(532)와 하부 연결부(531) 사이의 공간 안에 기밀하게 접합하며, 코어 층(40)과 비금속 층(533)이 일체로 접합함으로써, 열교 현상을 효과적으로 방지하고 단열 성능과 구조재 성능을 더욱 높일 수 있음은 물론 시공작업을 단순화하여 생산성을 높일 수 있다.

또한, 도 31은 볼트 체결형의 단열 구조재를 도시한 사시도이고, 도 32는 볼트 체결형의 단열 구조재를 도시한 종단면도이다.

도 31 및 도 32를 참조하면, 본 발명의 제6 실시 예에 따른 단열 구조재(600)는 금속재질의 하부 판(10); 하부 판(10)의 상방에 배치되며, 하부 판(10)과 일정간격을 유지하고 하부 판(10)과의 사이에 공간(S)을 형성하는 금속재질의 상부 판(20); 열교 현상을 방지하고 구조적 체결을 위하여 하부 판(10)과 상부 판(20)의 끝단 부에 마련되며, 금속 층과 비금속 층의 혼합체로 구성된 연결부(630); 하부 판(10), 상부 판(20), 연결부(630)가 이루는 공간에 액상으로 주입 경화되는 비발포성 폴리머로 채워지는 코어 층(40);을 포함한다.

본 실시 예의 연결부(630)에서, 하부 판(10)과 상부 판(20)의 테두리 부에는 하부 판(10)과 상부 판(20)을 상하로 관통하는 체결 공(H)이 다수 형성되고, 서브 구조물(1)에 시공될 수 있도록 연결부(630)가 체결 공(H) 안에 결합하도록 구성될 수 있다. 즉, 체결 공(H) 안에 볼트(631)가 삽입되고, 볼트(631)의 끝단에 너트(632)가 체결되어 단열 구조재(600)가 서브 구조물(1)에 고정되는 것이다.

한편, 본 실시 예에서, 진공단열재가 구조재로서의 기능을 충분히 수행하기 위하여, 코어 층(40)(비발포성 폴리머 재질)과 그를 둘러싸는 금속판(상 하부 판 또는 연결부) 내면과의 접합(접착)강도를 3MPa 내지 15MPa인 것을 특징으로 한다.

코어 층(40)의 접합 강도를 한정하고 있는 것은, 비발포성 폴리머 단열 구조재가 구조재로서의 역할을 수행하기 위하여 코어 층(40)을 둘러싸는 금속박스(상하부 판과 연결부가 이루는 박스)와 일체로 형성되어서 구조재로서의 역할을 수행하기 위해서이다.

상기와 같은 접합강도로 금속박스와 코어 층(40)이 접합(접착) 되어야 상당한 복합 하중을 받는 선박의 주요 부재에 쓰일 수 있는 구조재로서의 기능이 구현될 수 있다.

즉, 비발포성 폴리머의 코어 층(40)과 금속박스의 접착력에 의한 구조재의 기능을 구현하기 위하여, 비발포성 폴리머 재질의 코어 층(40)과 상 하부 판(20,10) 및 연결부가 기밀하게 접합 됨으로써, 코어 층(40)과 진공단열재(50)가 일체가 되어서 여러 복합 하중에 대하여 단일 구성체와 유사하게 대응할 수 있도록 하고 있다.

한편, 도 33 및 도 34는 하부 판 1개 위에 상부 판 여러 개가 배치되어 격자구조로 구성되는 오버레이 타입(overlay type)을 도시한 도면이다.

이하에서는 오버레이 타입의 단열 구조재를 일 예로서 설명하되, 도면에 국한되지 않으며, 전술한 바와 같이 패널타입과 같이 동일하게 적용할 수 있다.

우선, 도 33은 본 발명의 제7실시 예에 따른 단열 구조재(700)를 도시한 종단면도로서, 하부 판(10) 1개 위에 상부 판(20) 여러 개가 배치되어 다수의 격자구조로 구성하여, 액상의 비발포성 폴리머를 나누어 주입하여 시공해야 하는 경우에 사용할 수 있다.

하나의 하부 금속 판(10) 위에 여러 개의 구성부품을 적층 하는 방식으로, 금속의 하부 판(10)과 금속의 상부 판(20) 끝단 부에 금속 층(731,732)과 비금속 층(733)의 혼합체를 갖는 연결부(730)가 설치되고, 하부 판(10)과 상부 판(20) 사이에 코어 층(40)이 형성될 수 있다.

코어 층(40) 내부에는 중간층(50), 예를 들어 진공단열재를 구비할 수 있다.

하부 스페이서(S1) 및 상부 스페이서(S2)는 중간층(50)을 지지하고 하부 판(10) 및 상부 판(20)과의 간격을 일정하게 유지하는 역할을 한다.

도 34는 본 발명의 제8실시 예에 따른 단열 구조재(800)를 도시한 종단면도로서, 단열 구조재(800)는, 하부 판(10)의 상면 테두리 부분에 하부 연결부(831)가 형성되고, 하부 판(10)의 상면에 하부 스페이서(S1)를 설치하며, 하부 스페이서(S1)에 의해 하부 판(10)과 일정간격을 유지하여 중간층(50)을 거치한다.

중간층(50)의 상면에 상부 스페이서(S2)를 설치하고, 상부 스페이서(S2)에 의해 중간층(50)과 일정간격을 유지하며, 상부 판(20)의 하면 테두리 부분에 상부 연결부(832)가 형성된다.

하부 연결부(831)와 상부 연결부(832) 틈새를 차단하고, 천공(액상의 비발포성 폴리머를 주입하기 위한 홀: 미도시)을 통해서 하부 판(10)과 상부 판(20) 사이에 형성된 공간 안에 액상의 비발포성 폴리머를 주입하고 경화시켜서 코어 층(40)을 형성하도록 한다. 이때, 하부 연결부(831)와 상부 연결부(832) 사이에도 중간 연결부인 비금속 층(833), 예를 들어 비발포성 폴리머를 형성하도록 한다. 이와 같이 연결부(830)는 금속 층과 비금속 층의 혼합체로 구성될 수 있다.

액상의 비발포성 폴리머를 주입하고 경화시켜서 코어 층(40)을 형성하는 과정에서, 하부 연결부(831)와 상부 연결부(832) 사이에 중간 연결부인 비금속 층, 예를 들어 비발포성 폴리머(833)를 형성하되, 코어 층(40)과 비금속 층(833)을 일체로 형성함으로써, 열교 현상을 최소화하고 단열성능과 구조재 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

단열 구조재 사이에는 마감 부재(840)가 마감될 수 있으며, 마감 부재(840)의 금속판(441)은 상부 연결부(432)에 볼트(B)로 체결할 수 있다.

한편, 도 35는 본 발명의 제9 실시 예에 따른 단열 구조재를 도시한 종단면도이다.

도 35에 도시된 바와 같이, 선박의 안전성을 승인하는 선급기관에 따라, 액화가스와 접하는 판, 예를 들어 상부 판(20)에 균열이 생겨서 가스가 점선 화살표와 같이 흐르게 되는 경우, 가스 누출을 확인할 수 있도록 검출장치(미도시)의 설치가 필요할 수 있는바, 기존 LPG 및 LNG 멤브레인 방식은 단열박스 사이의 틈 사이에 배관을 연결하여 불활성 가스(예: N2)를 순환시키고, 검출장치의 가스 회수 부에서 불활성 가스의 농도를 검출함으로써, 가스 누출 여부를 확인한다.

그에 비해서, 본 실시 예에서는 상부 판(20)에 균열이 생겨서 가스가 화살표와 같이 흐르게 되는 경우, 코어 층(40)이 구조상 내부에 빈틈이 없으므로 중간 연결부인 비금속 층(833) 안에 불활성 가스 순환배관(840)을 삽입하고, 그 불활성 가스 순환배관(840)에는 가스튜브(850)를 연결하되, 가스튜브(850)를 균열이 생길 수 있는 구역까지 연장하도록 구성할 수 있다.

누출가스가 가스튜브(850) 안으로 유입하도록 중간층(50)과 상부 연결부(832) 사이에 배치할 수 있다. 불활성 가스 순환배관(840)을 통해서 불활성 가스를 순환시키고, 도시하지 않은 검출장치의 가스 회수 부에서 불활성 가스의 농도를 확인함으로써, 가스 누출 여부를 용이하게 확인할 수 있는 장점이 있다. 여기서, 검출장치는 공지기술에 해당하므로 이에 대한 도면은 생략한다.

더 나아가, 가스튜브(850) 끝단에는 메쉬(mesh)나 필터(860)를 구성하여 코어 층(40) 형성과정에서 액상의 비발포성 폴리우레탄이 가스튜브(850) 안으로 유입되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

상, 하부에 배치된 금속판이 구조 전체에 걸리는 엄청난 in-plane 스트레스를 견딜 수 있고, 단열 구조재 내부의 코어 층 중 하나인 비발포성 폴리머의 역할로 인해서 구조 전체의 복합 단일 거동이 가능하며, 코어 층의 두께만큼 이격된 구조 때문에 단면 계수도 증가하므로, 매우 효과적인 구조재로서의 기능을 가진다.

또한, 비발포성 폴리머는 충격에 강한 특성을 지니므로, 본 발명의 단열 구조재는 외부 충격을 효과적으로 흡수할 수 있다.

5) 본 발명의 단열 구조재가 적용된 LPG 또는 LNG 운반선 화물창은, 독립 탱크 삽입 방식이 아니라 선체에 직접 시공하는 방식이기 때문에, 기존의 독립 탱크와 선체 사이에 발생하는 엄청난 사각공간을 없앨 수 있어 공간 효율이 대폭 증가한다.

6) 본 발명의 단열 구조재가 적용된 LPG 또는 LNG 운반선 화물창 제작시 화재 위험을 근본적으로 해결할 수 있다.

9) 본 발명의 단열 구조재가 적용된 LPG 또는 LNG 운반선 화물창 구조의 단순화로 막대한 제작 시수 및 재료비 감소가 가능하다.

11) LNG 또는 LPG 운반선 화물창의 전체 제작 기간이 단축된다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

예를 들어, 본 발명의 극저온 탱크용 단열 구조재에서는 액화가스 화물창 단열시스템 이외에 건축물의 단열 구조재, 지붕, 단열 창고 등에도 적용될 수 있다. 지붕구조는 일반적인 건축물 기준 열손실의 약 40%가 발생하는 구역으로서 단열공사가 매우 중요하다. 지붕의 특성상 방수 공사도 중요하며, 눈/비/바람과 같은 하중에 견디기 위해서 견고한 구조로 제작된다. 실제로, 이를 위해서 여러 가지 번거로운 피복, 단열, 방수 및 구조체 제작 작업이 요구된다. 하지만, 본 발명의 단열 구조재가 적용될 경우, 한 번의 시공으로 구조, 단열 및 방수공사를 마감할 수 있기 때문에 상당한 자재비 감소와 노무비 감소 효과를 기대할 수 있다.

또한, 본 발명의 단열 구조재는 선박의 벙커 탱크(Bunker Tank)에도 적용될 수 있다. 온도유지가 중요한 중연료유 탱크 및 화학 운반선의 각종 액체 화물 탱크 구조선박의 연료로 사용되는 중연료유(HFO)는 상온에서 점도가 매우 높기 때문에 중 연료유의 온도를 높여 유동성을 원활히 하는 장치가 필요하다.

이러한 목적으로 중연료유 탱크 내에 각종 히팅(heating) 장비를 설치하며, 그 결과 탱크 내부의 온도는 약 100℃ 정도까지 올라갈 수 있다.

본 발명의 극저온 탱크용 단열 구조재가 적용될 경우, 한 번의 시공으로 단열 및 구조 공사를 모두 마칠 수 있어 경제성이 현저하게 좋아진다.

또한, 본 발명의 단열 구조재는 단열이 필요한 파이프에도 적용될 수 있다.

기존의 파이프는 여러 이유로 단열이 필요한 경우가 많다. 이 경우, 금속 파이프 위에 여러 겹의 단열재를 시공해야 하는 번거로움이 있으며, 단열재가 외부 환경에 그대로 노출되므로, 유지 보수 측면에서 근본적으로 취약하다. 진공단열재는 현재 파이프 형태로도 가공되고 있다. 이러한 진공단열재와 기존의 금속 파이프를 이용하여 손쉽게 일체형으로 제작 가능하다. 이 경우, 별도의 단열 시공 작업이 필요 없으므로, 설치 작업이 간소화되며 뛰어난 단열 성능이 확보될 뿐 아니라 유지 보수가 매우 간편한 배관 작업이 가능해 진다.

본 실시 예에서, 하부 판과 상부 판 그리고 진공단열재, 커넥터 등의 두께 및 형상은 설명의 편의를 위해서 임의로 도시한 것에 불과하므로, 설계조건에 따라 다양하게 변경 가능하다.

예를 들어, 단열 구조재 간의 연결부 용접부분에 형성되는 용접부위(welding bead)에 대하여, 본 실시 예에서는 도면에 금속 층 표면에만 일부 형성된 것을 도시하고 있으나, 이는 설명의 편의를 위해서 예시적으로 도시한 것에 불과한 것이며, 선급규정에 따라 full penetration, half penetration 방식 등에 따라 용접 깊이나 용접 범위 등을 조절할 수 있다. 더 나아가, 연결부에서 금속 간 혹은 비금속 층간의 접합에 대해서 도시하지는 않았으나, 밀착이나 접합방식 등을 이용하여 접합 강도 등을 더욱 높일 수 있다.

또한, 연결부를 ① 블록 적층형 구조 ② 충진 적층형 구조 ③ 블록 단차형 구조 ④ 충진 단차형 구조 ⑤ 충진 마감형 구조 ⑥ 볼트 체결형 구조로 구별하고 있으나, 이는 설명의 편의를 위해서 연결부를 형태별로 임의로 구분한 것에 불과하며, 이에 국한되는 것은 아니다. 아울러, 연결부는 3단으로 구성하는 것을 일 예로 설명하고 있으나, 이에 국한되지 않으며, 다양한 구조로 변경 가능하다.

비금속 층(중간 연결부)은 전체가 비발포성 폴리머 재질로 구성될 수도 있지만, 일부만 비발포성 폴리머 재질로 구성될 수도 있다. 즉, 내부는 금속재로 형성되고 표면만 비발포성 폴리머 재질로 형성될 수도 있다.

하부 블록(31), 상부 블록(32)은 금속재질로 하는 것이 강도 측면에서 좋지만, 반드시 이에 국한되는 것은 아니며, 금속과 상응하는 강도 등을 갖는 재질이라면 다른 재질로 대체 가능하다.

1: 서브 구조물
10: 하부 판
20: 상부 판
40: 코어 층(core layer)
50: 중간층
51: 진공단열재
52: 진공단열재 표면 보호재
53: 슬립재
54: 보강 단열재
70: 커넥터
80: 경량 형상체
130: 연결부
131: 하부 연결부
132: 상부 연결부
133: 비금속 층(중간 연결부)
100: 블록 적층형 구조의 연결부를 적용한 단열 구조재(제1 실시 예)
200: 충진 적층형 구조의 연결부를 적용한 단열 구조재(제2 실시 예)
300: 블록 단차형 구조의 연결부를 적용한 단열 구조재(제3 실시 예)
400: 충진 단차형 구조의 연결부를 적용한 단열 구조재(제4 실시 예)
500: 충진 마감형 구조의 연결부를 적용한 단열 구조재(제5 실시 예)
600: 볼트 체결형 구조의 연결부를 적용한 단열 구조재(제6 실시 예)
700: 오버레이 타입의 연결부를 적용한 단열 구조재(제7 실시 예)
800: 오버레이 타입의 연결부를 적용한 단열 구조재(제8 실시 예)
900: 본 발명의 제9 실시 예에 따른 단열 구조재
S: 공간
S1: 하부 스페이서
S2: 상부 스페이서

Claims

금속 상판;
상기 금속 상판과 일정한 공간을 가지면서 위치하는 금속 하판;
상기 금속 상판과 상기 금속 하판의 중간에 삽입된 진공단열재; 및
상기 진공단열재를 전체적으로 감싸면서 상기 금속 상판 및 상기 금속 하판과 밀착 접합되는 비발포성 수지; 를 포함하여,
상기 비발포성 수지를 이용하여 구조적 강성을 높이고, 상기 비발포성 수지가 진공단열재의 표면 전체를 감싸도록 하여 상기 진공단열재의 가스 출입을 방지하는 것을 특징으로 하는 단열 구조재.