KR20200085960A - 액화천연가스 저장탱크의 단열구조 - Google Patents

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Abstract

액화천연가스 저장탱크의 단열구조가 개시된다. 본 발명에 따른 액화천연가스 저자애탱크는, 1차 단열벽 및 2차 단열벽을 이루는 단열패널들을 서로 어긋나도록 교차 배치시킴으로써 단열패널 간의 갭을 통한 대류 작용이 감소되어 단열 성능이 향상되고, 더불어 1차 단열벽과 2차 단열벽을 서로 기계적으로 체결함으로써 1차 단열벽과 2차 단열벽의 열수축량 차이로 인해 2차 밀봉벽의 멤브레인 층에 과도한 전단 하중이 발생하는 것을 방지한다.

Description

액화천연가스 저장탱크의 단열구조 {INSULATION STRUCTURE OF LNG STORAGE TANK}
본 발명은 액화천연가스 저장탱크의 단열구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 액화천연가스의 단열을 위해 설치되는 1차 단열벽과 2차 단열벽을 이루는 단열패널들이 서로 어긋나도록 교차 배치되는, 액화천연가스 저장탱크의 단열구조에 관한 것이다.
천연가스는 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는 액화된 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 'LNG')의 상태로 LNG 수송선에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다. LNG는 천연가스를 극저온(대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태의 천연가스일 때보다 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.
LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 LNG를 하역하기 위한 LNG 수송선 등과 같이 LNG를 수송 혹은 저장하기 위한 구조물에는 LNG의 극저온에 견딜 수 있는 저장탱크(흔히 '화물창'이라고도 함)가 설치된다.
LNG 저장탱크는 단열재에 화물의 하중이 직접적으로 작용하는지 여부에 따라 독립탱크형(Independent Tank Type)과 멤브레인형(Membrane Type)으로 분류할 수 있다. 통상적으로 멤브레인형 저장탱크는 GTT의 NO 96형과 MARK Ⅲ형 등으로 나눠지며, 독립탱크형 저장탱크는 MOSS형과 IHI-SPB형 등으로 나눠진다.
NO 96형 저장탱크는, 0.5 ~ 0.7㎜ 두께의 인바(Invar, 36% 니켈강) 멤브레인으로 이루어지는 1차 및 2차 밀봉벽과, 플라이우드 박스(plywood box)에 펄라이트(perlite) 분말 등의 단열재를 채운 단열박스(insulation box) 형태로 마련되는 1차 및 2차 단열벽을 포함한다.
NO 96형 저장탱크는 1차 밀봉벽 및 2차 밀봉벽이 거의 같은 정도의 액밀성 및 강도를 가지고 있어, 1차 밀봉벽의 누설시 상당한 기간동안 2차 밀봉벽만으로도 화물을 안전하게 지탱할 수 있다.
또한, NO 96형 저장탱크는 단열벽이 목재 상자 내부에 단열재를 채운 형태이므로, MARK Ⅲ형 저장탱크에 비하여 높은 압축강도와 강성을 갖출 수 있으며, 용접이 간편하여 자동화율이 높다.
MARK Ⅲ형 저장탱크는, 1.2mm 두께의 스테인리스강(SUS) 멤브레인으로 이루어지는 1차 밀봉벽과, 트리플렉스(triplex)로 이루어지는 2차 밀봉벽, 그리고 폴리우레탄 폼(polyurethane foam)의 상면 또는 하면에 목재 합판을 접착한 단열패널(insulation panel)로 마련되는 1차 및 2차 단열벽을 포함한다.
MARK Ⅲ형 저장탱크의 1차 밀봉벽은 극저온 상태의 LNG에 의한 열수축을 흡수하기 위해 파형 주름부를 가지며, 이러한 파형 주름부에서 멤브레인의 변형을 흡수하므로 멤브레인 내에는 큰 응력이 생기지 않는다.
MARK Ⅲ형 저장탱크는 파형 주름을 가지는 1차 밀봉벽의 용접 자동화율이 낮아 설치/제작 측면에서 불리함이 있으나, 인바 멤브레인에 비해 스테인리스강 멤브레인 및 트리플렉스의 가격이 싸고 시공이 간편하며, 폴리우레탄 폼의 단열효과가 뛰어나 널리 사용되고 있다.
도 1은 종래의 액화천연가스 저장탱크의 단열패널 적층구조를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 종래의 MARK Ⅲ형 저장탱크의 단열패널 적층구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 액화천연가스 저장탱크는, 1차 단열벽을 이루는 1차 단열패널(30)과 2차 단열벽을 이루는 2차 단열패널(10)의 가장자리가 서로 일치하도록 평행 배치되는 구조를 가진다.
이러한 종래의 구조에 따르면, 서로 인접하는 2차 단열패널(10) 간에 형성되는 갭(gap)과, 서로 인접하는 1차 단열패널(30) 간에 형성되는 갭의 수직 위치가 일치하게 되고, 이에 따라 1차 단열패널(30)로부터 2차 단열패널(10)을 거쳐 하부 선체까지 일직선으로 이어지는 갭이 발생하며, 이는 단열패널 사이의 대류 작용을 증가시켜 단열 성능을 저하시키는 요인이 되어왔다.
이러한 문제점을 보완하기 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, GTT 社의 MARK Ⅲ형 저장탱크에서 1차 단열패널과 2차 단열패널의 배치를 교차시키는 디자인이 적용된 바 있다.
그러나 GTT 社의 MARK Ⅲ형 저장탱크는, 1차 단열벽(30)과 2차 단열벽(10) 사이에 설치되는 2차 밀봉벽(20)이 유연한 트리플렉스(triplex)로 이루어지며, 이때 트리플렉스(triplex) 막이 상부의 1차 단열패널과 하부의 2차 단열패널과 접착되는 방식으로 시공이 이루어진다.
따라서 극저온의 LNG에 의한 열수축시, 1차 단열패널(30)과 2차 단열패널(10) 간의 열수축량 차이로 인해, 2차 밀봉벽(20)의 멤브레인 층에 과도한 전단 하중이 발생할 우려가 존재하는 문제점이 있었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 액화천연가스 저장탱크의 1차 단열벽 및 2차 단열벽을 이루는 단열패널들을 서로 어긋나도록 교차 배치시킴으로써 단열패널 간의 갭을 통하여 대류 작용에 의한 열손실이 발생하는 것을 방지함과 더불어, 액화천연가스 저장탱크의 1차 단열벽 및 2차 단열벽 간의 결합이 기계적 체결 방식에 의해 이루어지도록 함으로써 1차 단열패널과 2차 단열패널 간의 열수축량 차이로 인해 발생하는 하중에 보다 유연하게 대응할 수 있는, 액화천연가스 저장탱크의 단열구조를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 내부에 LNG가 수용되는 공간을 제공하는 액화천연가스 저장탱크에 있어서, 선체 내벽 상에 배열되는 다수의 2차 단열패널로 이루어지는 2차 단열벽; 상기 2차 단열벽의 상부에 설치되는 2차 밀봉벽; 상기 2차 밀봉벽 상에 배열되는 다수의 1차 단열패널로 이루어지는 1차 단열벽; 및 상기 1차 단열벽의 상부에 설치되는 1차 밀봉벽을 포함하고, 상기 2차 밀봉벽은 평편한 형태의 플랫 인바 멤브레인(flat invar membrane)으로 마련되어 길이방향으로의 양 끝단이 상기 저장탱크의 코너부에 설치되는 트랜스버스 연결체에 의해 지지되며, 상기 1차 단열패널 및 상기 2차 단열패널은, 폴리우레탄 폼의 상면 및 하면 중 적어도 어느 하나에 플라이우드 합판이 접착된 샌드위치 패널(sandwich panel)로 마련되되, 너비와 길이가 동일한 육면체 형태의 단위패널로 제작되고, 상기 1차 단열패널은 모퉁이가 상기 2차 단열패널의 상부 중심에 마련되는 고정장치에 결합되어, 하나의 상기 1차 단열패널이 네 개의 상기 2차 단열패널의 상면에 걸쳐지도록 배치되는 것을 특징으로 하는, 액화천연가스 저장탱크의 단열구조를 제공한다.
상기 1차 밀봉벽은, 상기 저장탱크의 내측을 향해 다수의 파형 주름이 형성된 스테인리스 강(SUS) 멤브레인으로 마련될 수 있다.
상기 2차 밀봉벽은, 다수의 인바 스트레이크(invar strake)가 상기 2차 단열패널의 상부에 설치되는 텅(tongue) 부재에 연속적으로 용접됨으로써 이루어지고, 상기 1차 밀봉벽은, 스테인리스 강 재질로 마련되는 다수의 단위 멤브레인이 상기 1차 단열패널의 상부에 마련되는 앵커 스트립(anchor strip)에 연속적으로 용접됨으로써 이루어질 수 있다.
상기 트랜스버스 연결체는, 상기 저장탱크의 전방벽 및 후방벽 가장자리를 따라 설치되는 격자 형태의 구조물로, 상기 1차 밀봉벽과 상기 2차 밀봉벽의 길이방향으로의 양 끝단을 각각 지지할 수 있다.
상기 트랜스버스 연결체의 내부 및 상기 트랜스버스 연결체와 선체 내벽 사이에는, 상기 트랜스버스 연결체의 지지를 위한 단열박스가 배치될 수 있다.
상기 단열박스는, 플라이우드 박스 내부에 펄라이트(perlite) 분말을 채운 형태로 마련될 수 있다.
상기 고정장치는, 상기 2차 단열패널의 상부에 고정되는 베이스 소켓과, 하단부가 상기 베이스 소켓에 결합되고, 상단부는 상기 2차 밀봉벽을 관통하여 상기 1차 단열패널과 결합되는 스터드를 포함하여, 상기 고정장치에 의해, 상기 1차 단열패널과 상기 2차 단열패널이 기계적으로 체결될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해, 선체 내벽으로부터 LNG가 수용되는 공간을 향하여, 다수의 2차 단열패널로 이루어지는 2차 단열벽, 상기 2차 단열벽의 상부에 설치되는 2차 밀봉벽, 상기 2차 밀봉벽의 상부에 설치되며 다수의 1차 단열패널로 이루어지는 1차 단열벽, 그리고 상기 1차 단열벽의 상부에 설치되는 1차 밀봉벽이 순차적으로 적층되는 이중 단열 구조를 갖는 액화천연가스 저장탱크에 있어서, 상기 2차 밀봉벽을 평편한 형태의 플랫 인바 멤브레인(flat invar membrane)으로 마련하되, 상기 저장탱크의 코너부에 상기 2차 밀봉벽의 종방향 양 끝단을 지지하여 상기 2차 밀봉벽에 가해지는 하중을 선체로 전달하는 트랜스버스 연결체를 설치함으로써, 상기 2차 밀봉벽의 하부를 지지하는 상기 2차 단열벽을 폴리우레탄 폼(PUF)으로 이루어지는 단열패널(insulation panel)로 마련하는 것이 가능하고, 상기 1차 단열패널은 하부에 배치되는 상기 2차 단열패널과 가장자리가 어긋나도록 서로 교차 배치되는 것을 특징으로 하는,액화천연가스 저장탱크의 단열구조를 제공할 수 있다.
본 발명은 1차 및 2차 단열벽을 폴리우레탄 폼으로 이루어지는 단열패널로 구성하면서도, 2차 밀봉벽을 평편한 플랫 인바 멤브레인으로 구성하는 것이 가능한 개선된 형태의 패널 타입(panel type) 단열시스템을 제공한다.
따라서 본 발명은 2차 단열벽의 상부에 2차 밀봉벽을 설치함에 있어서 용접의 자동화가 가능하므로 생산성이 향상되고, 1차 및 2차 단열벽이 폴리우레탄 폼으로 이루어지는 단열패널로 마련됨에 따라 단열성능이 우수해지는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 액화천연가스 저장탱크의 1차 단열벽 및 2차 단열벽을 이루는 단열패널들을 서로 어긋나도록 교차 배치시킴으로써, 단열패널 간의 갭을 통한 대류 작용이 감소되어 단열 성능이 향상되는 효과가 있다.
더불어, 본 발명은 1차 단열벽과 2차 단열벽이 서로 기계적으로 체결되는 구조를 적용함으로써, 1차 단열벽과 2차 단열벽의 열수축량 차이로 인해 2차 밀봉벽의 멤브레인 층에 과도한 전단 하중이 발생하는 것을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 액화천연가스 저장탱크의 단열패널 적층구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 MARK Ⅲ형 저장탱크의 단열패널 적층구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 액화천연가스 저장탱크의 단열구조를 나타낸 내부사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 액화천연가스 저장탱크의 단열구조를 나타낸 측단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 액화천연가스 저장탱크의 단열패널 적층구조를 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 2차 단열패널을 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 1차 단열패널을 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 액화천연가스 저장탱크의 단열벽 간 결합구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
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.
본 발명에서 '1차' 및 '2차'라는 용어의 사용은, 저장탱크에 저장된 LNG를 기준으로 LNG를 1차적으로 밀봉 또는 단열하는 기능을 하는 것인지, 2차적으로 밀봉 또는 단열하는 기능을 하는 것인지에 대한 구분 기준으로 구사된 것이다.
또한, 관례상 탱크의 요소에 적용된 용어 '상부' 또는 '위'는 중력에 대한 방향과는 관계없이 탱크의 내측을 향하는 방향을 가리키는 것이고, 마찬가지로, 용어 '하부' 또는 '아래'는 중력에 대한 방향과는 관계없이 탱크의 외측을 향하는 방향을 가리키는 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 액화천연가스 저장탱크의 단열구조를 나타낸 내부사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 액화천연가스 저장탱크의 단열구조를 나타낸 측단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 액화천연가스 저장탱크의 단열패널 적층구조를 나타낸 사시도이며. 도 6은 본 발명의 2차 단열패널을 나타낸 사시도, 도 7은 본 발명의 1차 단열패널을 나타낸 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 액화천연가스 저장탱크는, 선체(H)의 내벽 상에 배열되는 다수의 2차 단열패널(110)로 이루어지는 2차 단열벽(100)과, 2차 단열벽(100) 상에 설치되는 2차 밀봉벽(200)과, 2차 밀봉벽(200) 상에 배열되는 다수의 1차 단열패널(310)로 이루어지는 1차 단열벽(300)과, 1차 단열벽(300) 상에 설치되는 1차 밀봉벽(400)을 포함하는 구조임을 알 수 있다.
2차 단열벽(100)을 이루는 2차 단열패널(110)은 육면체 형태의 단위패널로 제작되어, 선체(H)의 내벽에 다수의 2차 단열패널(110)이 횡방향 및 종방향으로 배열됨으로써 2차 단열벽(100)을 형성할 수 있다.
1차 단열벽(300)을 이루는 1차 단열패널(310)도 마찬가지로 육면체 형태의 단위패널로 제작되어, 2차 밀봉벽(200) 상에 다수의 1차 단열패널(310)이 횡방향 및 종방향으로 배열됨으로써 1차 단열벽(300)을 형성할 수 있다.
1차 및 2차 단열패널(310, 110)은, 폴리우레탄 폼(PUF)의 상면이나 하면 혹은 상하면 모두에 플라이우드 합판이 접착된 샌드위치 패널(sandwich panel)로 마련될 수 있다.
또한, 1차 및 2차 단열패널(310, 110)은, 후술하는 바와 같이 2차 밀봉벽(200)을 평편한 형태의 플랫 인바 멤브레인(flat invar membrane)으로 구성하기 위해, 일반 폴리우레탄 폼보다 강성이 높은 강화 폴리우레탄 폼(Rigid Polyurethane Foam, RPUF)으로 이루어지는 것이 바람직하다.
2차 단열벽(100)은 선체(H)의 내벽에 에폭시 매스틱(epoxy mastic)과 같은 접착제나 스터드에 의해 고정될 수 있고, 1차 단열벽(300)은 2차 단열벽(100)과의 사이에 2차 밀봉벽(200)이 개재된 상태에서, 2차 단열패널(110)의 상부에 마련되는 고정장치(securing device)에 1차 단열패널(310)이 결합됨으로써 2차 밀봉벽(200)의 상부에 밀착되게 고정될 수 있다.
1차 밀봉벽(400)은 LNG와 직접 접촉하여 밀봉하는 것으로서, 극저온에 의한 수축을 흡수하기 위해 저장탱크의 내부를 향해 다수의 파형 주름이 형성된 스테인리스강(SUS) 멤브레인으로 마련될 수 있다.
1차 밀봉벽(400)은 1차 단열패널(310)의 단위패널과 대응되는 사이즈를 가지는 다수의 단위 멤브레인으로 이루어질 수 있으며, 다수의 단위 멤브레인이 1차 단열패널(310)의 상부에 마련되는 앵커 스트립(anchor strip)에 빈틈 없이 용접됨으로써, 1차 밀봉벽(400)이 1차 단열벽(300)의 상부에 설치될 수 있다.
2차 밀봉벽(200)은 플랫 인바(Invar) 멤브레인으로 이루어질 수 있다. 구체적으로는 인바 스트레이크(invar strake)로 호칭되는 띠 형상의 금속 플레이트가 2차 단열패널(110)의 상부에 설치되는 텅(tongue) 부재에 연속적으로 용접됨으로써, 2차 밀봉벽(200)이 2차 단열벽(100)의 상부에 설치될 수 있다.
2차 밀봉벽(200)에는 2차 단열패널(110)의 상부에 마련되는 고정장치에 포함되는 스터드(620, 도 8 참조)가 관통되도록 관통홀이 형성되어 있을 수 있다.
본 발명에 따른 액화천연가스 저장탱크는, 단열벽(100, 300)이 폴리우레탄 폼의 상면 및/또는 하면에 목재 합판을 접착한 단열패널 형태로 이루어지는 패널 타입(panel type) 단열시스템으로 마련되되, 2차 밀봉벽(200)이 평편한 형태의 플랫 인바 멤브레인으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
통상적으로 플랫 인바 멤브레인은 열수축 계수가 작으므로, 단열패널이 폼(foam)으로 이루어지는 패널 타입의 단열시스템에는 적합하지 않다. 플랫 인바 멤브레인을 적용하기 위해서는, 종래의 NO 96형 저장탱크와 같이 멤브레인을 지지하는 단열벽이 열수축 변형이 적고 강성이 높은 단열박스로 구성되어야 한다.
그러나 본 발명에서는 2차 단열벽(100)의 강성을 보완하는 구조를 제공함으로써, 2차 단열벽(100)을 단열박스가 아닌 단열패널(폴리우레탄 폼으로 이루어지는) 형태로 마련하면서도, 2차 밀봉벽(200)을 플랫 인바 멤브레인으로 구성하는 것이 가능하게끔 한다.
구체적으로, 본 발명은 저장탱크의 코너부에 트랜스버스 연결체(transverse connector, 500)를 설치하여 2차 밀봉벽(200)의 양단을 지지함으로써 2차 단열벽(100)의 강성을 보완한다.
트랜스버스 연결체(500)는 저장탱크의 전방벽 및 후방벽 가장자리를 따라 설치되는 격자 형태의 구조물로, 일단이 선체 내벽에 마련되는 앵커링 바(anchoring bar)에 용접됨으로써 저장탱크의 코너부에 고정 설치되고, 타단은 1차 밀봉벽(400)과 2차 밀봉벽(200)의 각 양단을 지지해줌으로써, 이들에 가해지는 각종 하중을 선체(H)로 전달하는 역할을 한다.
트랜스버스 연결체(500)는 강성이 높은 인바 재질로 마련되는 것이 바람직하고, 트랜스버스 연결체(500)의 내부 및 트랜스버스 연결체(500)와 선체(H) 사이에는, 트랜스버스 연결체(500)를 지지하기 위해 강성이 높은 단열박스(510)가 개재될 수 있다. 단열박스(510)는 플라이우드 박스 내부에 펄라이트 분말 등의 단열재를 채운 형태로 마련될 수 있다.
이와 같이 본 발명은 저장탱크의 코너부에 설치되는 트랜스버스 연결체(500)에 의해 1차 및 2차 밀봉벽(400, 200)에 가해지는 하중의 일부가 선체(H)로 전달되어 해소되므로, 플랫 인바 멤브레인으로 마련되는 2차 밀봉벽(200)을 지지하는 2차 단열벽(100)을 단열박스보다 강성이 약한 단열패널로 구성하는 것이 가능하다.
따라서 본 발명은 2차 단열벽(100)의 상부에 2차 밀봉벽(200)을 설치함에 있어서 용접 라인(welding line)을 직선으로 형성할 수 있고, 이에 따라 용접의 자동화가 가능하여 생산성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 1차 및 2차 단열벽(300, 100)이 폴리우레탄 폼으로 이루어짐에 따라 단열성능도 우수해진다. 본 발명에 따른 액화천연가스 저장탱크는, 단열벽이 단열박스 형태로 마련되는 종래의 NO 96형 저장탱크와 대비하여, 1차 단열벽의 두께를 대략 40% 이상, 그리고 2차 단열벽의 두께를 대략 20% 이상 감소시키면서도 동일한 단열효과를 거둘 수 있다.
본 발명에 따른 액화천연가스 저장탱크는, 2차 단열패널(110)과 그 상부에 배치되는 1차 단열패널(310)이 서로 교차 배치되는 구조를 가진다.
이하에서는 도 5 내지 도 7을 참조하여, 1차 단열패널(310)과 2차 단열패널(110)이 상호 교차 배치되는 구조에 대해 살펴본다.
우선, 1차 및 2차 단열패널(310, 110)은 너비와 길이가 1:3 비율을 가지는 직육면체 형태의 단위패널로 제작될 수 있다. 바람직하게는 1차 및 2차 단열패널(310, 110)은 대략 1m×3m 사이즈의 단위패널로 제작될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
2차 단열패널(110)은 폴리우레탄 폼으로 이루어지는 2차 단열재(111)의 상면이나 하면 혹은 상하면 모두에 플라이우드 합판(112, 113)이 접착된 샌드위치 패널로 마련될 수 있다.
마찬가지로, 1차 단열패널(310)도 폴리우레탄 폼으로 이루어진 1차 단열재(311)의 상면 및/또는 하면에 플라이우드 합판(312, 313)이 접착된 샌드위치 패널로 마련될 수 있다.
그리고 도면에 도시된 바와 같이, 1차 단열패널(310)은 모퉁이 부위가 2차 단열패널(110)의 중심부에 놓이도록 서로 어긋나게 배치될 수 있으며, 이에 따라 하나의 1차 단열패널(310)은 하부에 배치되는 네 개의 2차 단열패널(110)의 상면에 걸쳐지도록 배치된다.
1차 단열패널(310)과 2차 단열패널(110)의 교차 배치를 위해, 이들간의 결합을 위해 마련되는 고정장치(600)는, 2차 단열패널(110)의 상부에서 모서리 내측에 배치될 수 있다.
고정장치(600)는 2차 단열패널(110)의 정중앙에 하나가 배치되고, 정중앙에 배치되는 고정장치(600)로부터 전방 및 후방으로 패널의 길이방향으로 동일한 거리만큼 이격되는 위치에 나머지 고정장치(600)가 각각 배치될 수 있다.
이때 2차 단열패널(110)의 정중앙에 배치되는 고정장치(600)로부터 전방 및 후방으로 이격되게 배치되는 고정장치(600)까지의 거리(L1)는, 2차 단열패널(110)의 길이방향 가장자리로부터 인접하는 고정장치(600)까지의 거리(L2)의 2배가 되도록 배치될 수 있다.
고정장치(600)는 2차 단열패널(110) 상에서 폭방향으로의 중심선(C) 상에 배치될 수 있다. 2차 단열패널(110)의 폭방향으로의 중심에 배치되는 고정장치(600)는 양측으로부터 동일한 정도의 응력을 받게 되므로, 패널에 작용하는 응력에 의해 고정장치(600)가 폭방향으로 변위되는 것이 최소화될 수 있다.
또한, 2차 단열패널(110) 상에는 각 고정장치(600)를 기준으로 전방 및 후방에 동일한 거리만큼 이격된 위치에 슬릿(114)이 형성될 수 있다. 한 쌍의 슬릿(114) 사이에 배치되는 고정장치(600)는 양측으로부터 동일한 정도의 응력을 받게 되므로, 패널에 작용하는 응력에 의해 고정장치(600)가 길이방향으로 변위되는 것이 최소화될 수 있다.
2차 단열패널(110) 상에 형성되는 슬릿(114) 간의 간격은 일정하게 형성될 수 있으며, 도면에 도시된 바와 같이, 슬릿(114)은 2차 단열패널(110)의 상부에 부착되는 2차 상부합판(112)에도 함께 형성될 수 있다.
고정장치(600)와의 결합을 위해 1차 단열패널(310)에 마련되는 고정부(S)는, 1차 단열패널(310)의 네 모퉁이를 포함한 측단부 수직 모서리 부위에 배치될 수 있다. 고정부(S)는 1차 단열패널(310)의 길이방향을 따라 동일한 간격을 가지도록 이격 배치될 수 있다.
고정부(S)는 단면이 반원 또는 부채꼴 형태인 홈으로 마련될 수 있으며, 고정장치(600)에 마련되는 스터드가 고정부(S)에 관통 삽입된 상태에서 너트를 체결하여 고정부(S)를 가압함으로써, 1차 단열패널(310)이 2차 단열패널(110) 상에 고정 설치될 수 있다. 고정장치(600)와 고정부(S) 간의 결합에 대해서는 뒤에서 도 8을 참조하여 더 자세히 설명하도록 한다.
본 발명에서는, 2차 단열패널(110)의 상부에 3개의 고정장치(600)가 마련되고 1차 단열패널(310)의 수직 모서리 부위에 8개의 고정부(S)가 마련되는 것을 바람직한 실시예로 제시하고 있다.
본 실시예에 따르면, 2차 단열패널(110)의 중앙에 배치되는 고정장치(600)에는 4개의 1차 단열패널(310)에 형성된 고정부(S)가 한 번에 결합되고, 2차 단열패널(110)에서 중앙으로부터 이격되게 배치되는 고정장치(600)에는 2개의 1차 단열패널(310)에 형성된 고정부(S)가 한 번에 결합된다.
이와 같이 서로 인접하는 1차 단열패널(310)은 그 사이에 배치되는 고정장치(600)를 서로 공유할 수 있으며, 본 실시예에서는 하나의 2차 단열패널(110)에 3개의 고정장치(600)를 마련하는 것만으로도, 1차 단열패널(310)의 지지점을 8 포인트나 확보할 수 있게 된다.
즉, 본 발명은 2차 단열패널(110)과 1차 단열패널(310)의 교차 배치에 의해, 적은 수의 고정장치(600)로도 1차 단열패널(310)의 지지점을 최대한으로 확보하는 것이 가능하고, 따라서 지지 구조의 안정성이 향상됨은 물론 단열패널의 생산성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 2차 단열패널(110)과 1차 단열패널(310)이 교차 배치됨에 따라, 1차 단열벽(300)으로부터 2차 단열벽(100)을 거쳐 하부 선체(H)까지 이어지는 갭이 발생하지 않으므로, 단열층 내부의 대류 작용을 감소시켜 단열 성능이 향상되는 효과가 있다.
미설명부호 115는 2차 밀봉벽(200)을 구성하는 인바 스트레이크가 용접되는 텅(tongue)이 삽입되기 위한 삽입홈이고, 미설명부호 315는 상기 삽입홈(115)에 삽입되는 텅의 돌출부와 이에 용접되는 2차 밀봉벽(200)의 절곡부를 수용하기 위한 수용홈이다.
또한, 미설명부호 314는 열수축에 의한 응력이 집중되는 것을 분산시키기 위해 1차 단열패널(310)의 상부에 일정한 간격을 가지면서 횡방향 및 종방향으로 형성되는 슬릿이고, 미설명부호 316은 1차 밀봉벽(400)이 용접되기 위한 앵커 스트립이다.
도 8은 본 발명에 따른 액화천연가스 저장탱크의 단열벽 간 결합구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도면에 도시된 바와 같이, 1차 단열패널(310)은 1차 단열재(311)와 1차 하부합판(313)을 포함하고, 2차 단열패널(110)은 2차 단열재(111)와 2차 상부합판(112)을 포함한다. 전술한 바와 같이, 1차 단열재(311)와 2차 단열재(111)는 폴리우레탄 폼일 수 있으며, 1차 하부합판(313)과 2차 상부합판(112)은 플라이우드 합판으로 마련될 수 있다.
2차 단열패널(110)의 2차 상부합판(112)에는 후술할 소켓 바디(611)와 대응되는 홀(hole)이 형성될 수 있고, 1차 단열패널(310)에는 고정장치(600)와의 결합을 위한 고정부(S)가 형성될 수 있다. 고정부(S)는 고정장치(600)의 상부 구성을 수용하는 공간을 제공한다.
도 8을 참조하면, 고정장치600)는, 2차 단열패널(110)의 상부에 마련되는 베이스 소켓(610); 베이스 소켓(610)에 나사 결합되며 상단부가 1차 단열패널(310)에 형성되는 고정부(S)에 삽입되는 스터드(620); 및 상기 고정부(S)로 삽입된 영역의 스터드(620)와 결합되는 셀프 락 너트(630)를 포함한다.
베이스 소켓(610)은, 몸체를 이루는 소켓 바디(611)와, 소켓 바디(611)의 하측 둘레에 돌출되게 마련되어 2차 단열재(111)의 상부에 형성된 홈과 2차 상부합판(112) 사이에 형성되는 공간에 삽입되는 소켓 플랜지(612)를 포함한다.
베이스 소켓(610)은 2차 단열재(111)의 상부에 형성된 홈에 저면부가 안착될 수 있으며, 이때 저면부가 홈의 상면에 본딩(bonding)에 의해 결합된다.
소켓 바디(611)의 상면은 2차 상부합판(112)의 상면과 동일평면을 이룰 수 있으며, 소켓 플랜지(612)의 상면은 2차 단열재(111)의 상면과 동일평면을 이룰 수 있다. 즉, 도면에 도시된 바와 같이, 베이스 소켓(610)은 소켓 바디(611)와 소켓 플랜지(612)에 의해 단면이 단차진 형태로 마련될 수 있다.
소켓 플랜지(612)는 2차 단열재(111)에 형성되는 홈과 2차 상부합판(112) 사이에 형성되는 공간에 삽입되어, 상면부가 2차 상부합판(112)의 단부를 지지하는 역할을 한다.
본 발명은 소켓 플랜지(612)가 2차 상부합판(112)을 지지함으로써 고정장치(600)에서 발생하는 하중을 2차 상부합판(112)에서 견딜 수 있고, 더불어 2차 상부합판(112)이 두께방향으로는 절개가 이루어지지 않으므로 2차 상부합판(112)이 강도를 유지하며 하중을 견딜 수 있다.
따라서 본 발명은 종래의 체결 방식보다 강한 체결 강도를 확보할 수 있으며, 필요에 따라 베이스 소켓(610)의 크기나 두께, 2차 상부합판(112)의 두께 등의 변화로 강도 보강이 용이한 이점이 있다.
베이스 소켓(610)은 스테인리스강(SUS) 재질로 마련될 수 있다.
베이스 소켓(610)이 2차 단열패널(110)의 상부에 고정되는 것은, 2차 단열재(111)의 상부에 홈을 파내어 베이스 소켓(610)을 안착시킨 후, 2차 단열재(111)의 상면과 소켓 플랜지(612)의 상면에 걸쳐지도록 2차 상부합판(112)을 접착시키는 방식에 의해 이루어질 수 있다.
즉, 본 발명에 따르면, 고정장치(600)의 베이스 소켓(610)이 2차 단열패널(110)에 기설치된 후 입고될 수 있어서, 온 보드(on board) 작업시 리벳, 본딩 등의 작업이 불필요하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명에서 스터드(620)는 칼라 스터드(collar stud)일 수 있으며, 스터드(620)로부터 돌출되게 형성되며 저면부가 소켓 바디(611)의 상면에 안착되는 날개부(621)를 포함할 수 있다.
날개부(621)는 스터드(620)의 중심축으로부터 멀어질수록 하향 경사지게 마련될 수 있으며, 끝단이 소켓 바디(611)의 상면 상에 위치하도록 연장될 수 있다.
이때 2차 밀봉벽(200)이 날개부(621)의 끝단에 용접에 의해 결합될 수 있다. 즉, 도면에 도시된 바와 같이, 2차 밀봉벽(200)은 날개부(621)의 끝단에 용접 결합됨으로써 2차 단열벽(100)과 1차 단열벽(300) 사이에 설치될 수 있다.
본 발명에 따르면, 소켓 바디(611)의 상면부에 2차 밀봉벽(200)과 날개부(621)가 접하는 영역이 마련되고, 이 접하는 영역에서 2차 밀봉벽(200)과 날개부(621)의 용접이 이루어진다.
따라서 본 발명은 2차 밀봉벽(200)의 용접이 소켓 바디(611)의 상면부에서 이루어짐에 따라, 2차 단열패널(110)의 2차 상부합판(112) 상에 발생 가능한 번 데미지(burn damage)를 피할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 상기와 같이 스터드(620)가 날개부(621)를 포함하는 칼라 스터드로 마련되는 경우, 날개부(621)가 2차 밀봉벽(200)과 용접됨에 따라 베이스 소켓(610)과 스터드(620) 사이에 수밀이 형성되므로, 베이스 소켓(610)의 스터드(620) 체결 구멍(h)은 관통되거나 막힌 형태가 모두 가능하다.
만약 스터드(620)로 일반 스터드를 사용하는 경우에는, 베이스 소켓(610)과 스터드(620) 간의 체결을 위한 틈새의 수밀이 이루어지지 않으므로, 베이스 소켓(610)의 체결 구멍(h)은 막힌 형태로 마련되는 것이 바람직할 것이다.
고정장치(600)는, 스터드(620)의 상부가 관통되며, 고정부(S) 영역의 1차 하부합판(313)에 의해 지지되는 플랫 와셔(640); 및 플랫 와셔(640)의 상면부에 배치되어 셀프 락 너트(630)를 지지하는 스프링 와셔(650)를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 액화천연가스 저장탱크는, 1차 단열벽(300)과 2차 단열벽(100) 사이에 설치되는 2차 밀봉벽(200)으로 인바(invar) 재질의 금속 멤브레인이 적용되고, 단열벽 간의 결합이 고정장치(600)를 이용한 기계적 체결 방식으로 이루어진다.
이때 1차 단열패널(310)과 2차 단열패널(110)은 고정장치(600)에 의해 수직방향으로 고정되므로, 수평방향으로 발생하는 열수축량에 보다 유연하게 대응할 수 있으며, 1차 단열패널(310)과 2차 단열패널(110)의 열수축량 차이로 인해 2차 밀봉벽(200)의 멤브레인 층에 과도한 전단 하중이 발생하는 것을 방지하는 효과가 있다.
이와 같은 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100 : 2차 단열벽 110 : 2차 단열패널
111 : 2차 단열재 112 : 2차 상부합판
113 : 2차 하부합판 114 : 슬릿
115 : 삽입홈
200 : 2차 밀봉벽
300 : 1차 단열벽 310 : 1차 단열패널
311 : 1차 단열재 312 : 1차 상부합판
313 : 1차 하부합판 314 : 슬릿
315 : 수용홈
400 : 1차 밀봉벽
500 : 트랜스버스 연결체 510 : 단열박스
600 : 고정장치 610 : 베이스 소켓
611 : 소켓 바디 612 : 돌출부
620 : 스터드 621 : 날개부
630 : 셀프 락 너트 640 : 플랫 와셔
650 : 스프링 와셔 h : 체결 구멍
S : 고정부

Claims (8)

  1. 내부에 LNG가 수용되는 공간을 제공하는 액화천연가스 저장탱크에 있어서,
    선체 내벽 상에 배열되는 다수의 2차 단열패널로 이루어지는 2차 단열벽;
    상기 2차 단열벽의 상부에 설치되는 2차 밀봉벽;
    상기 2차 밀봉벽 상에 배열되는 다수의 1차 단열패널로 이루어지는 1차 단열벽; 및
    상기 1차 단열벽의 상부에 설치되는 1차 밀봉벽을 포함하고,
    상기 2차 밀봉벽은 평편한 형태의 플랫 인바 멤브레인(flat invar membrane)으로 마련되어 길이방향으로의 양 끝단이 상기 저장탱크의 코너부에 설치되는 트랜스버스 연결체에 의해 지지되며,
    상기 1차 단열패널 및 상기 2차 단열패널은, 폴리우레탄 폼의 상면 및 하면 중 적어도 어느 하나에 플라이우드 합판이 접착된 샌드위치 패널(sandwich panel)로 마련되되, 너비와 길이가 동일한 육면체 형태의 단위패널로 제작되고,
    상기 1차 단열패널은 모퉁이가 상기 2차 단열패널의 상부 중심에 마련되는 고정장치에 결합되어, 하나의 상기 1차 단열패널이 네 개의 상기 2차 단열패널의 상면에 걸쳐지도록 배치되는 것을 특징으로 하는,
    액화천연가스 저장탱크의 단열구조.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 1차 밀봉벽은, 상기 저장탱크의 내측을 향해 다수의 파형 주름이 형성된 스테인리스 강(SUS) 멤브레인으로 마련되는 것을 특징으로 하는,
    액화천연가스 저장탱크의 단열구조.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 2차 밀봉벽은, 다수의 인바 스트레이크(invar strake)가 상기 2차 단열패널의 상부에 설치되는 텅(tongue) 부재에 연속적으로 용접됨으로써 이루어지고,
    상기 1차 밀봉벽은, 스테인리스 강 재질로 마련되는 다수의 단위 멤브레인이 상기 1차 단열패널의 상부에 마련되는 앵커 스트립(anchor strip)에 연속적으로 용접됨으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    액화천연가스 저장탱크의 단열구조.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 트랜스버스 연결체는, 상기 저장탱크의 전방벽 및 후방벽 가장자리를 따라 설치되는 격자 형태의 구조물로, 상기 1차 밀봉벽과 상기 2차 밀봉벽의 길이방향으로의 양 끝단을 각각 지지하는 것을 특징으로 하는,
    액화천연가스 저장탱크의 단열구조.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 트랜스버스 연결체의 내부 및 상기 트랜스버스 연결체와 선체 내벽 사이에는, 상기 트랜스버스 연결체의 지지를 위한 단열박스가 배치되는 것을 특징으로 하는,
    액화천연가스 저장탱크의 단열구조.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 단열박스는, 플라이우드 박스 내부에 펄라이트(perlite) 분말을 채운 형태로 마련되는 것을 특징으로 하는,
    액화천연가스 저장탱크의 단열구조.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 고정장치는,
    상기 2차 단열패널의 상부에 고정되는 베이스 소켓과,
    하단부가 상기 베이스 소켓에 결합되고, 상단부는 상기 2차 밀봉벽을 관통하여 상기 1차 단열패널과 결합되는 스터드를 포함하여,
    상기 고정장치에 의해, 상기 1차 단열패널과 상기 2차 단열패널이 기계적으로 체결되는 것을 특징으로 하는,
    액화천연가스 저장탱크의 단열구조.
  8. 선체 내벽으로부터 LNG가 수용되는 공간을 향하여, 다수의 2차 단열패널로 이루어지는 2차 단열벽, 상기 2차 단열벽의 상부에 설치되는 2차 밀봉벽, 상기 2차 밀봉벽의 상부에 설치되며 다수의 1차 단열패널로 이루어지는 1차 단열벽, 그리고 상기 1차 단열벽의 상부에 설치되는 1차 밀봉벽이 순차적으로 적층되는 이중 단열 구조를 갖는 액화천연가스 저장탱크에 있어서,
    상기 2차 밀봉벽을 평편한 형태의 플랫 인바 멤브레인(flat invar membrane)으로 마련하되, 상기 저장탱크의 코너부에 상기 2차 밀봉벽의 종방향 양 끝단을 지지하여 상기 2차 밀봉벽에 가해지는 하중을 선체로 전달하는 트랜스버스 연결체를 설치함으로써, 상기 2차 밀봉벽의 하부를 지지하는 상기 2차 단열벽을 폴리우레탄 폼(PUF)으로 이루어지는 단열패널(insulation panel)로 마련하는 것이 가능하고,
    상기 1차 단열패널은 하부에 배치되는 상기 2차 단열패널과 가장자리가 어긋나도록 서로 교차 배치되는 것을 특징으로 하는,
    액화천연가스 저장탱크의 단열구조.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100483999B1 (ko) * 1999-09-14 2005-04-18 가즈트랑스포르 에 떼끄니가즈 단순화된 코너 구조물을 갖는 선박의 지지 구조물내에 제작된 방수 및 단열 탱크
KR20150141977A (ko) * 2013-04-12 2015-12-21 가즈트랑스포르 에 떼끄니가즈 유체를 저장하기 위한 씰링 및 열적으로 인슐레이팅된 탱크
KR20170050586A (ko) * 2015-10-30 2017-05-11 대우조선해양 주식회사 액화가스 화물창의 단열 시스템
KR20180006113A (ko) * 2016-07-08 2018-01-17 대우조선해양 주식회사 액화천연가스 화물창의 코너 부의 단열시스템

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