KR20210047541A - 액화가스 저장탱크의 진공단열시스템 - Google Patents

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천병희
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Abstract

본 발명은 다수의 2차 단열패널로 구성되는 2차 단열벽과, 2차 단열벽의 상부에 설치되며 다수의 1차 단열패널로 구성되는 1차 단열벽을 포함하는 액화가스 저장탱크에 있어서, 2차 단열패널과 1차 단열패널 중 적어도 어느 하나는, 폴리우레탄 폼 또는 강화 폴리우레탄 폼으로 마련되는 폼 단열재와, 폼 단열재의 상부 및 하부에 각각 부착되어 폼 단열재에 기계적 강성을 부여하는 상부 플레이트 및 하부 플레이트를 포함하되, 내부에 진공 단열재가 삽입 설치되어 더블 샌드위치 타입으로 마련되는, 액화가스 저장탱크의 진공단열시스템을 제공한다.
본 발명에 의하면, 종래 LNG 저장탱크의 단열성능 한계를 극복하는 것이 가능하고, BOR 수치를 낮춤과 동시에 단열패널의 두께 감소로 인하여 액화가스 저장탱크의 적재 능력이 향상되는 효과가 있다.

Description

액화가스 저장탱크의 진공단열시스템 {Vacuum Insulation System of Liquefied Gas Storage Tank}
본 발명은 액화가스 저장탱크의 진공단열시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 액화가스 저장탱크의 단열벽을 구성하는 단열패널 내부에 진공 단열재를 삽입 설치하여 단열성능을 향상시킴으로써, BOR의 개선과 이에 따른 가격 경쟁력의 확보 및 저장탱크의 적재 능력 향상이 가능한 액화가스 저장탱크의 진공단열시스템에 관한 것이다.
액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 'LNG')는 천연가스를 극저온(대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태의 천연가스일 때보다 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.
LNG 운반선(LNGC)과 같이 LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처로 수송하는 해상 구조물에는, LNG의 극저온에 견딜 수 있는 저장탱크(흔히 '화물창'이라고도 함)가 설치된다.
LNG 저장탱크는 화물의 하중이 단열재에 직접적으로 작용하는지 여부에 따라 독립형(independent yype)과 멤브레인형(membrane type)으로 분류되고, 통상적으로 멤브레인형 저장탱크는 GTT의 NO 96형과 MARK Ⅲ형 등으로 분류될 수 있다.
NO 96형 저장탱크는, 대략 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 단열벽이 목재 상자 내부에 단열재를 채운 형태로 구성되므로, MARK Ⅲ형 저장탱크에 비하여 높은 압축강도와 강성을 갖출 수 있으며, 용접이 간편하여 자동화율이 높다.
MARK Ⅲ형 저장탱크는, 대략 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.
이와 같이 멤브레인형 저장탱크는 일반적으로 선체 내벽으로부터 단열벽과 밀봉벽이 순차적으로 적층되는 이중 방벽(double barrier) 구조를 가진다.
밀봉벽은 내부에 저장되는 LNG를 액밀시킬 수 있는 구조로 마련되며, 특히 1차 밀봉벽은 LNG의 초저온에 견딜 수 있도록 주로 금속 재질의 멤브레인으로 마련된다.
단열벽은 밀봉벽을 지지하는 동시에 열침입을 차단할 수 있는 구조로 마련되는데, 전술한 NO 96형 저장탱크에서와 같이 박스 타입(box type)의 단열층으로 구성되거나, 또는 전술한 MARK Ⅲ형 저장탱크에서와 같이 패널 타입(panel type)의 단열층으로 구성되는 것이 현재 일반적으로 상용되고 있다.
도 1에는 단열벽이 패널 타입으로 마련되는 종래 LNG 저장탱크의 단열구조가 개시되어 있다.
도 1을 참조하면, 종래 LNG 저장탱크는, 선체(H) 내벽에 설치되는 다수의 2차 단열패널(11)로 구성되는 2차 단열벽(10)과, 2차 단열벽(10)의 상부에 설치되는 2차 밀봉벽(20)과, 2차 밀봉벽(20)의 상부에 설치되는 다수의 1차 단열패널(31)로 구성되는 1차 단열벽(30)과, 1차 단열벽(30)의 상부에 설치되는 1차 밀봉벽(40)을 포함한다.
패널 타입의 단열시스템을 갖춘 종래 LNG 저장탱크에서, 단열패널(11, 31)은 주로 발포제 타입의 폴리우레탄 폼(PUF)을 이용한 단열재를 적용하고 있으며, 강한 슬로싱(sloshing) 하중을 포함하여 선박의 운항 중 발생하는 여러 하중에 견딜 수 있도록 플라이우드로 이루어지는 보호판을 단열재의 상/하부에 본딩(bonding)하여 샌드위치 패널(sandwich panel) 형태로 제작된다.
그런데 종래의 단열패널(11, 31)은, 장기간 극저온 상태에 노출시 플라이우드의 재질 특성상 수분 함유량이 많아 미세 수분이 계속적으로 단열 공기층으로 유입되며, 폴리우레탄 폼 단열재의 열전도율 물성치의 한계와 미세 공기층의 형성으로 인한 대류 열전달 현상이 발생하여, LNG 저장탱크의 단열성능이 저하되는 문제점이 있었다.
LNG 저장탱크의 단열성능 저하는, 저장탱크 내부에서 발생하는 증발가스(BOG: Boil-off Gas)의 증가를 야기하고, 결국에는 LNGC의 가격 경쟁력을 높일 수 있는 BOR(Boil-off Rate)의 개선을 불가하게 하는 요인이 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 기존 단열패널에 진공단열기능이 추가된 액화가스 저장탱크의 진공단열시스템을 제공함으로써, 기존 단열패널 대비 단열성능의 향상 및 BOR 수치의 감소를 도모하고, 이에 따라 가격 경쟁력을 확보함과 동시에 단열패널의 두께 감소로 인하여 저장탱크의 적재 능력을 향상시키고자 하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 다수의 2차 단열패널로 구성되는 2차 단열벽과, 상기 2차 단열벽의 상부에 설치되며 다수의 1차 단열패널로 구성되는 1차 단열벽을 포함하는 액화가스 저장탱크에 있어서, 상기 2차 단열패널과 상기 1차 단열패널 중 적어도 어느 하나는, 폴리우레탄 폼 또는 강화 폴리우레탄 폼으로 마련되는 폼 단열재와, 폼 단열재의 상부 및 하부에 각각 부착되어 상기 폼 단열재에 기계적 강성을 부여하는 상부 플레이트 및 하부 플레이트를 포함하되, 내부에 진공 단열재가 삽입 설치되어 더블 샌드위치 타입으로 마련되고, 상기 진공 단열재는, 수평방향으로의 면적을 가지면서, 상기 상부 플레이트와 상기 폼 단열재가 접하는 면 또는 상기 하부 플레이트와 상기 폼 단열재가 접하는 면에 배치되는 것을 특징으로 하는, 액화가스 저장탱크의 진공단열시스템이 제공될 수 있다.
상기 진공 단열재는, 내부가 진공 상태로 유지되며 기밀성을 가지는 외피재; 상기 외피재 내부에 채워지며 열전달을 차단하는 내부재; 및 상기 외피재의 둘레 방향으로 돌출되게 형성되는 외피 고정용 돌출부를 포함할 수 있다.
상기 진공 단열재가 상기 상부 플레이트와 상기 폼 단열재가 접하는 면에 배치되는 경우, 상기 상부 플레이트의 하면과 상기 폼 단열재의 상면에는 각각 상기 진공 단열재가 배치되기 위한 홈이 가공되고, 상기 진공 단열재는 상기 상부 플레이트에 형성되는 홈과 상기 폼 단열재에 형성되는 홈 사이에 배치되어, 상기 상부 플레이트 및 상기 폼 단열재와 접하는 면이 본딩에 의해 접착될 수 있다.
상기 외피 고정용 돌출부가 상기 상부 플레이트에 스테이플로 고정됨으로써, 상기 진공 단열재의 추가적인 고정이 이루어질 수 있다.
한편, 상기 진공 단열재가 상기 하부 플레이트와 상기 폼 단열재가 접하는 면에 배치되는 경우, 상기 하부 플레이트의 상면과 상기 폼 단열재의 하면에는 각각 상기 진공 단열재가 배치되기 위한 홈이 가공되고, 상기 진공 단열재는 상기 하부 플레이트에 형성되는 홈과 상기 폼 단열재에 형성되는 홈 사이에 배치되어, 상기 하부 플레이트 및 상기 폼 단열재와 접하는 면이 본딩에 의해 접착될 수 있다.
상기 외피 고정용 돌출부가 상기 하부 플레이트에 스테이플로 고정됨으로써, 상기 진공 단열재의 추가적인 고정이 이루어질 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 다수의 2차 단열패널로 구성되는 2차 단열벽과, 상기 2차 단열벽의 상부에 설치되며 다수의 1차 단열패널로 구성되는 1차 단열벽을 포함하는 액화가스 저장탱크에 있어서, 상기 2차 단열패널과 상기 1차 단열패널 중 적어도 어느 하나는, 폴리우레탄 폼 또는 강화 폴리우레탄 폼으로 마련되는 폼 단열재와, 폼 단열재의 상부 및 하부에 각각 부착되어 상기 폼 단열재에 기계적 강성을 부여하는 상부 플레이트 및 하부 플레이트를 포함하되, 내부에 진공 단열재가 삽입 설치되어 더블 샌드위치 타입으로 마련되고, 상기 진공 단열재는, 수평방향으로의 면적을 가지면서, 상기 상부 플레이트 또는 상기 하부 플레이트의 내측에 삽입 배치되는 것을 특징으로 하는, 액화가스 저장탱크의 진공단열시스템이 제공될 수 있다.
상기 진공 단열재는, 내부가 진공 상태로 유지되며 기밀성을 가지는 외피재; 상기 외피재 내부에 채워지며 열전달을 차단하는 내부재; 및 상기 외피재의 둘레 방향으로 돌출되게 형성되는 외피 고정용 돌출부를 포함할 수 있다.
상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 중 상기 진공 단열재가 삽입 배치되는 플레이트는 상측 판 및 하측 판으로 나뉘어 제작되고, 상기 상측 판과 상기 하측 판이 서로 마주하는 면에는 각각 상기 진공 단열재가 배치되기 위한 홈이 가공되며, 상기 진공 단열재는 상기 상측 판에 형성되는 홈과 상기 하측 판에 형성되는 홈 사이에 배치되어, 상기 상측 판 및 상기 하측 판과 접하는 면이 본딩에 의해 접착될 수 있다.
상기 외피 고정용 돌출부가 상기 상측 판과 상기 하측 판 중 적어도 어느 하나에 스테이플로 고정됨으로써, 상기 진공 단열재의 추가적인 고정이 이루어질 수 있다.
상기 진공 단열재의 측부 둘레를 둘러싸도록 배치되는 상기 상측 판과 상기 하측 판이 서로 맞닿는 면은 완전히 밀폐될 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 다수의 2차 단열패널로 구성되는 2차 단열벽과, 상기 2차 단열벽의 상부에 설치되며 다수의 1차 단열패널로 구성되는 1차 단열벽을 포함하는 액화가스 저장탱크에 있어서, 상기 2차 단열패널과 상기 1차 단열패널 중 적어도 어느 하나는, 폴리우레탄 폼 또는 강화 폴리우레탄 폼으로 마련되는 폼 단열재와, 폼 단열재의 상부 및 하부에 각각 부착되어 상기 폼 단열재에 기계적 강성을 부여하는 상부 플레이트 및 하부 플레이트를 포함하되, 내부에 진공 단열재가 삽입 설치되어 더블 샌드위치 타입으로 마련되고, 상기 진공 단열재는, 수평방향으로의 면적을 가지면서, 상기 폼 단열재 내부에 삽입 배치되는 것을 특징으로 하는, 액화가스 저장탱크의 진공단열시스템이 제공될 수 있다.
상기 진공 단열재는, 상기 폼 단열재의 발포 성형시 내부에 삽입되도록 상기 폼 단열재와 일체형으로 사전 제작될 수 있다.
상기 진공 단열재는, 상기 폼 단열재의 상단층, 중단층 또는 하단층에 삽입 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 진공단열시스템에 의하면, 종래 LNG 저장탱크의 단열성능 한계를 극복하는 것이 가능하고, BOR 수치를 낮춤과 동시에 단열패널의 두께 감소로 인하여 저장탱크의 적재 능력이 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 액화가스 저장탱크의 전체 중량을 감소됨에 따라 자재비를 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 단열벽이 패널 타입으로 구성되는 종래 LNG 저장탱크의 단열구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 진공단열시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 단열벽에 설치되는 진공 단열재를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 단열패널의 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 단열패널의 구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 단열패널의 구조를 나타낸 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
본 명세서에서 액화가스 저장탱크는, 가장 대표적인 액화가스인 LNG를 비롯하여 LPG(Liquefied petroleum gas), LEG(Liquefied Ethane Gas), 액화에틸렌가스(Liquefied Ethylene Gas), 액화프로필렌가스(Liquefied Propylene Gas) 등과 같이 저온으로 액화시켜 저장/수송될 수 있는 다양한 종류의 액화가스를 저장하는 저장탱크를 모두 포함한다.
본 명세서에서 '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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 진공단열시스템을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 단열벽에 설치되는 진공 단열재를 나타낸 도면이다.
우선 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크는, 선체(H) 내벽에 설치되는 다수의 2차 단열패널(110)로 구성되는 2차 단열벽(100)과, 2차 단열벽(100)의 상부에 설치되는 2차 밀봉벽(200)과, 2차 밀봉벽(200)의 상부에 설치되는 다수의 1차 단열패널(310)로 구성되는 1차 단열벽(300)과, 1차 단열벽(300)의 상부에 설치되는 1차 밀봉벽(400)을 포함한다.
2차 단열패널(110)은, 폴리우레탄 폼(PUF) 또는 강화 폴리우레탄 폼(R-PUF)으로 마련되는 단열재의 상하부에 플라이우드 또는 섬유강화 플라스틱(GRP: Glass Reinforced Plastic)과 같은 복합재(composite materials)로 이루어지는 보호판이 부착된 형태로 제작될 수 있다.
또한, 2차 단열패널(110)은 육면체 형태의 단위패널로 제작될 수 있으며, 다수개의 2차 단열패널(110)이 선체(H) 내벽 상에 저장탱크의 횡방향 및 종방향을 따라 배열됨으로써 2차 단열벽(100)을 형성할 수 있다.
1차 단열패널(310)은, 2차 단열패널(110)과 유사하게, 폴리우레탄 폼 또는 강화 폴리우레탄 폼으로 마련되는 단열재의 상하부에 플라이우드 또는 복합재로 이루어지는 보호판이 부착된 형태로 제작될 수 있으며, 육면체 형태의 단위패널로 제작되어 다수개가 2차 밀봉벽(20)의 상부에 저장탱크의 횡방향 및 종방향을 따라 배열됨으로써 1차 단열벽(300)을 형성할 수 있다.
1차 밀봉벽(400)은 저장탱크 내부에 수용되는 액화가스가 직접 접촉되는 곳으로서 액화가스의 기밀과 단열을 유지하고, 2차 밀봉벽(200)은 1차 밀봉벽(400)의 누설에 대비하여 누설된 액화가스가 선체(H)에 닿아 선체(H)가 취성 파괴되는 것을 방지하는 역할을 한다.
1차 및 2차 밀봉벽(400, 200)은, 저장탱크 내부에 수용되는 액화가스의 극저온에 견딜 수 있도록 금속 재질의 멤브레인으로 마련될 수 있으며, 예컨대 인바(Invar) 또는 스테인리스강(SUS) 등의 소재가 적용될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 진공단열시스템은, 1차 단열패널(310) 및 2차 단열패널(110) 중 적어도 어느 하나에 삽입 설치되는 진공 단열재(500)를 더 포함할 수 있다.
도 2에는 진공 단열재(500)가 2차 단열패널(110)의 내부에 설치되는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명에서 진공 단열재(500)는 1차 단열패널(310)과 2차 단열패널(110)의 구분 없이 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에서 진공 단열재(500)는 1차 단열패널(310)과 2차 단열패널(110) 중 어느 하나는 물론 1차 및 2차 단열패널(310, 110) 모두에 설치될 수도 있다.
또한, 도 2에는 진공 단열재(500)가 2차 단열패널(110)의 상단층에 설치되는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명에서 진공 단열재(500)는 단열패널(110, 310)의 상단층은 물론 중단층이나 하단층에 설치될 수도 있다.
즉, 본 발명의 권리범위는 진공 단열재(500)가 1차 단열패널(310)과 2차 단열패널(110) 중 어느 하나에만 그리고 어느 특정 위치에만 마련되는 것으로 제한되지 않는다.
다만, 액화가스 저장탱크에서 2차 단열벽(100)은 1차 단열벽(300) 측에서 손상 발생시 IGC Code에 의거하여 상당 기간동안 단열성능을 유지해야 하기에, 충분한 두께로 설계되고 단열성능이 확보되어야 한다. 따라서 본 발명에서 진공 단열재(500)는 1차 및 2차 단열패널(310, 110) 중 어느 위치에나 적용이 가능하나, 1차 밀봉벽(400)에서의 누설시를 고려하면 2차 단열패널(110)의 상단층에 배치하는 경우에 효과가 가장 부각될 수 있을 것이다.
도 3에서 진공 단열재(500)의 구체적인 구조를 확인할 수 있다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 진공 단열재(500)는, 내부가 진공 상태로 유지되며 기밀성을 가지는 외피재(501)와, 외피재(501)의 내부에 채워지며 전도, 대류, 복사에 의한 열의 흐름을 감소시키는 내부재(502), 그리고 외피재(501)의 외측 수평방향으로 돌출되게 형성되는 외피 고정용 돌출부(503)를 포함할 수 있다.
외피재(501)는 진공 단열재(500)의 몸체 외측부를 이루는 구성으로서, 진공 상태의 내부로 침투하는 미세 기체 및 미세 증기를 차단하여 진공 단열재(500)의 수명을 유지시키는 역할을 한다.
외피재(501)는 내부가 진공 상태로 유지되므로 전도와 대류에 의한 열전달을 차단하여 단열패널(110, 310)을 통한 열손실을 최소화할 수 있다. 외피재(501) 내부는 1 mbar 이하의 진공압으로 유지될 수 있다.
외피재(501)는, 알루미늄, 인바 또는 스테인리스강 재질의 박판이나 알루미늄 필름으로 이루어질 수 있다. 본 발명에서 외피재(501)는 복사열을 반사시켜 복사열을 차단할 수도 있는데, 이를 위해서는 외피재(501)의 소재로 상기에 나열한 예시들 중에서 알루미늄 소재를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 외피재(501)에 어느 정도 강성을 부여하고 싶다면 알루미늄을 증착한 금속 필름을 사용할 수도 있다.
내부재(502)는, 전도, 대류, 복사에 의한 열전달을 크게 줄일 수 있는 소재로서, 예를 들어, 건식 실리카(fumed silica)나 실리카 파우더(silica powder)와 같은 실리카 계열의 단열재; 글라스 울(glass wool)이나 글라스 버블(glass bubbles)과 같은 유리 섬유(glass fiber); 에어로겔(aerogel); 및 공기층 중 어느 하나의 단일재료가 사용되거나, 또는 상기 나열된 재료 중 2 이상의 재료를 조합한 복합재료가 사용될 수 있다.
또한, 외피재(501)의 내부에는, 수분(또는 가스)의 흡착제 역할을 할 수 있도록 게터(getter)가 내부재(502)와 함께 포함될 수도 있다.
외피 고정용 돌출부(503)는, 진공 단열재(500)를 단열패널(110, 310) 내부에 고정시키기 위해 마련되는 부재이다. 구체적으로는 외피 고정용 돌출부(503)가 단열패널(110, 310)의 상부 또는 하부 플레이트에 스테이플(staple)에 의해 고정되는 것에 의해 진공 단열재(500)의 위치가 고정될 수 있는데, 이에 대한 내용은 후술하는 실시예에서 더욱 자세히 다루도록 한다.
도면에는 진공 단열재(500)의 단면을 나타내고 있기에, 외피재(510)의 측부로 돌출되는 외피 고정용 돌출부(530)만이 도시되어 있지만, 외피 고정용 돌출부(530)는 외피재(510)의 측부 뿐만 아니라 전방 및 후방으로도 돌출되게 형성될 수 있음이 이해되어야 한다. 즉, 본 발명에서 외피 고정용 돌출부(530)는 외피재(510)의 둘레 방향을 따라 형성될 수 있다.
이와 같은 진공 단열재(500)는, 단열패널(110, 310)의 성능을 높이기 위하여 단열패널(110, 310)에서 단열 면적을 많이 차지하는 수평방향으로 삽입 배치될 수 있다. 즉, 진공 단열재(500)는 수평방향으로의 면적을 가지며, 이때 단열패널(110, 310)의 수평방향 면적과 거의 유사한 수준의 면적을 가질 수 있다. 더욱 바람직하게는, 진공 단열재(500)에서 외피 고정용 돌출부(503)가 고정되기 위한 부분을 제외한 부분, 즉 외피재(501)의 수평방향 면적은 삽입되는 단열패널(110, 310)의 수평방향 면적 대비 최소 90% 이상의 면적을 가질 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크에서 진공 단열재(500)를 포함하는 단열패널(110, 310)은, 상/하부 플레이트 사이에 폼 단열재와 진공 단열재(500)가 개재되는 더블 샌드위치(double sandwich) 타입으로 마련될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 단열패널의 구조를 순차적으로 설명한다. 이후 기술되는 실시예들에서, 단열패널(110/310)의 부호 표시는 '110 및/또는 310'을 의미하는 것으로서, 2차 단열패널(110)과 1차 단열패널(310) 중 어느 하나 혹은 둘 모두에 적용될 수 있다는 의미로 해석될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 단열패널의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에서 단열패널(110/310)은, 폴리우레탄 폼 또는 강화 폴리우레탄 폼으로 마련되는 폼 단열재(I)와, 폼 단열재(I)의 상부에 부착되는 상부 플레이트(T) 및 폼 단열재(I)의 하부에 부착되는 하부 플레이트(B), 그리고 단열패널(110/310)의 상단층에 삽입 배치되는 진공 단열재(500)를 포함한다.
상부 및 하부 플레이트(T, B)은 폼 단열재(I)에 기계적인 강성을 부여하기 위한 구성으로서, 전술한 바와 같이 플라이우드 또는 복합재로 이루어질 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에서 진공 단열재(500)는, 단열패널(110/310)의 폼 단열재(I)와 상부 플레이트(T)가 접하는 면에 배치된다.
진공 단열재(500)의 배치 공간을 확보하기 위하여, 상부 플레이트(T)의 하면과 폼 단열재(I)의 상면에 각각 홈을 가공하여, 그 사이에 진공 단열재(500)를 배치할 수 있다. 이때 진공 단열재(500)는 어느 방향으로도 단열패널(110, 310)로부터 노출되지 않게 단열패널(110, 310)의 내부에 삽입 배치된다.
진공 단열재(500)의 상하면은 각각 상부 플레이트(T)와 폼 단열재(I) 측에 접착제에 의해 본딩(bonding)될 수 있다. 또한, 외피 고정용 돌출부(503)를 상부 플레이트(T)에 스테이플로 고정시킴으로써 진공 단열재(500)의 추가적인 고정이 더 이루어질 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 단열패널(110/310)의 제작 순서를 간략히 살펴보면 다음과 같다.
1. 상부 플레이트(T)의 하면에 홈을 가공한 후 진공 단열재(500)를 상부 플레이트(T)에 가공된 홈에 삽입하여 본딩 처리한다.
2. 본딩 처리 이후, 외피 고정용 돌출부(503)를 상부 플레이트(T)에 스테이플로 고정시킴으로써 진공 단열재(500)를 더욱 견고히 고정한다.
3. 상면에 홈이 가공된 폼 단열재(I)의 하부에 하부 플레이트(B)를 본딩에 의해 부착한다.
4. 진공 단열재(500)가 설치된 상부 플레이트(T)를 폼 단열재(I)의 상부에 본딩에 의해 부착한다. 이때 진공 단열재(500)는 하부면이 폼 단열재(I)의 상면에 가공된 홈에 안착되며, 진공 단열재(500)의 하면과 단열재(I) 사이 그리고 상부 플레이트(T)의 가장자리 부분과 단열재(I) 사이에 모두 접착제를 도포하여 본딩 처리한다.
한편, 본 실시예에서 진공 단열재(500)의 배치를 위해 상부 플레이트(T)의 하면에 가공되는 홈과 폼 단열재(I)의 상면에 가공되는 홈은, 둘 중 어느 하나만 형성될 수도 있으며, 이 경우에는 하나의 홈이 진공 단열재(500)의 전체 두께를 모두 수용할 수 있는 깊이로 형성될 수 있다.
또한, 본 실시예에서 진공 단열재(500)는, 상부 플레이트(T)와 폼 단열재(I) 사이는 물론, 하부 플레이트(B)와 폼 단열재(I) 사이에 배치될 수도 있으며, 이 경우에는 하부 플레이트(B) 상에 진공 단열재(500)를 고정시키는 작업이 선행된 후, 하부 플레이트(B)와 폼 단열재(I)의 본딩 접착 및 폼 단열재(I)와 상부 플레이트(T)의 본딩 접착이 순차적으로 이루어질 것이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 단열패널의 구조를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예는 진공 단열재(500)가 상부 플레이트(T)의 내측에 삽입 배치된다는 점에서 제1 실시예와 차이가 있다. 본 실시예에서는 제1 실시예와의 차이점을 중점적으로 설명한다.
본 발명의 제2 실시예에서, 진공 단열재(500)의 삽입을 위해 단열패널(110/310)의 상부 플레이트(T)는 두 개의 판으로 나뉘어 제작되고, 상측 판과 하측 판이 서로 마주하는 면에는 각각 진공 단열재(500)의 배치를 위한 홈이 가공된다.
진공 단열재(500)는 상부 플레이트(T) 내측에 본딩에 의해 고정되고, 추가적으로 외피 고정용 돌출부(503)가 상/하측 판에 스테이플로 고정될 수 있다. 이때 진공 단열재(500)는 어느 방향으로도 상부 플레이트(T)로부터 노출되지 않게 배치된다. 따라서 상부 플레이트(T)의 상/하측 판이 서로 맞닿는 면, 즉 진공 단열재(500)의 측부 둘레를 둘러싸는 부분은 완전히 밀폐됨이 바람직하다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 단열패널(110/310)의 제작 순서를 간략히 살펴보면 다음과 같다.
1. 상부 플레이트(T)를 상측 판 및 하측 판으로 나누어 제작하되, 상/하측 판이 서로 마주하는 면에 각각 진공 단열재(500)의 배치를 위한 홈을 가공한다.
2. 진공 단열재(500)를 상부 플레이트(T)의 상측 판 및 하측 판 중 어느 하나에 가공된 홈에 삽입하여 본딩 처리한다.
3. 본딩 처리 이후, 외피 고정용 돌출부(503)를 삽입된 판에 스테이플로 더욱 견고히 고정한다.
4. 나머지 판을 진공 단열재(500) 및 진공 단열재(500)가 삽입된 판에 본딩 처리하여 접착시킨다. 이에 따라 진공 단열재(500)가 내부에 삽입된 상부 플레이트(T)가 완성된다.
5. 상부 플레이트(T)와 폼 단열재(I) 그리고 하부 플레이트(B)를 서로 본딩에 의해 부착시킨다.
한편, 본 실시예에서 진공 단열재(500)는, 하부 플레이트(B)의 내측에 삽입될 수도 있으며, 이 경우에는 하부 플레이트(B)를 두 개의 판으로 나누어 제작하는 것 외에는 전술한 과정이 동일하게 적용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 단열패널의 구조를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예는 진공 단열재(500)가 폼 단열재(I)의 내측에 삽입 배치된다는 점에서 제1 실시예와 차이가 있다. 본 실시예에서는 제1 실시예와의 차이점을 중점적으로 설명한다.
본 발명의 제3 실시예에서, 진공 단열재(500)는 폼 단열재(I)의 내부에 삽입되도록 사전 제작될 수 있다. 구체적으로는, 성형틀 내부에 진공 단열재(500)를 위치시킨 상태에서 폼 단열재(I)를 발포 성형하여, 폼 단열재(I)와 내부에 삽입된 진공 단열재(500)가 일체형으로 제작될 수 있다.
이때 성형틀 내부에 진공 단열재(500)의 위치를 조절하여, 진공 단열재(500)는 폼 단열재(I)의 상단층이나 중단층 또는 하단층에 삽입될 수 있다. 즉, 도면에는 진공 단열재(500)가 단열패널(110/310)의 상단층에 삽입 배치되는 것이 도시되어 있지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기와 같이 성형틀 내부에서 진공 단열재(500)의 위치를 직접 조절할 수도 있지만, 도면에서 점선으로 표시된 부분을 기준으로 하측에 위치하는 폼 단열재(I)와, 상측에 위치하는 진공 단열재(500)를 포함하는 폼 단열재(I)를 각각 따로 제작할 수도 있다. 폼 단열재(I)가 진공 단열재(500)를 포함하는 층과 포함하지 않는 층으로 따로 제작되는 경우, 각 층이 접하는 면은 본딩에 의해 접착될 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 단열패널(110/310)의 제작 순서를 간략히 살펴보면 다음과 같다.
1. 성형틀 내부에 진공 단열재(500)를 위치시킨 상태에서 폼 단열재(I)를 발포 성형하여, 폼 단열재(I) 내부에 진공 단열재(500)가 삽입되도록 일체형으로 제작한다.
2. 상부 플레이트(T)와 폼 단열재(I) 그리고 하부 플레이트(B)를 서로 본딩에 의해 부착시킨다.
상기에서 설명한 바와 같이, 진공 단열재(500)를 포함하는 본 발명의 단열패널(110/310)은, 기존의 일반 단열패널보다 단열성능이 수배 내지 수십배 우수하므로, 액화가스 저장탱크의 단열성능을 향상시켜 BOG의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.
따라서 본 발명에 의하면, 종래 LNG 저장탱크의 단열성능 한계를 극복하는 것이 가능하고, BOR 수치를 낮춤과 동시에 단열패널의 두께 감소로 인하여 저장탱크의 적재 능력이 향상되는 효과가 있다. 더불어, 본 발명은 액화가스 저장탱크의 전체 중량을 감소됨에 따라 자재비를 절감할 수 있는 효과도 있다.
이와 같은 본 발명은 기재된 실시예에 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 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100 : 2차 단열벽 110 : 2차 단열패널
200 : 2차 밀봉벽
300 : 1차 단열벽 310 : 1차 단열패널
400 : 1차 밀봉벽
500 : 진공 단열재 501 : 외피재
502 : 내부재 503 : 외피 고정용 돌출부
I : 단열재
T : 상부 플레이트
B : 하부 플레이트

Claims (14)

  1. 다수의 2차 단열패널로 구성되는 2차 단열벽과, 상기 2차 단열벽의 상부에 설치되며 다수의 1차 단열패널로 구성되는 1차 단열벽을 포함하는 액화가스 저장탱크에 있어서,
    상기 2차 단열패널과 상기 1차 단열패널 중 적어도 어느 하나는, 폴리우레탄 폼 또는 강화 폴리우레탄 폼으로 마련되는 폼 단열재와, 폼 단열재의 상부 및 하부에 각각 부착되어 상기 폼 단열재에 기계적 강성을 부여하는 상부 플레이트 및 하부 플레이트를 포함하되, 내부에 진공 단열재가 삽입 설치되어 더블 샌드위치 타입으로 마련되고,
    상기 진공 단열재는, 수평방향으로의 면적을 가지면서, 상기 상부 플레이트와 상기 폼 단열재가 접하는 면 또는 상기 하부 플레이트와 상기 폼 단열재가 접하는 면에 배치되는 것을 특징으로 하는,
    액화가스 저장탱크의 진공단열시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 진공 단열재는,
    내부가 진공 상태로 유지되며 기밀성을 가지는 외피재;
    상기 외피재 내부에 채워지며 열전달을 차단하는 내부재; 및
    상기 외피재의 둘레 방향으로 돌출되게 형성되는 외피 고정용 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    액화가스 저장탱크의 진공단열시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 진공 단열재가 상기 상부 플레이트와 상기 폼 단열재가 접하는 면에 배치되는 경우,
    상기 상부 플레이트의 하면과 상기 폼 단열재의 상면에는 각각 상기 진공 단열재가 배치되기 위한 홈이 가공되고,
    상기 진공 단열재는 상기 상부 플레이트에 형성되는 홈과 상기 폼 단열재에 형성되는 홈 사이에 배치되어, 상기 상부 플레이트 및 상기 폼 단열재와 접하는 면이 본딩에 의해 접착되는 것을 특징으로 하는,
    액화가스 저장탱크의 진공단열시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 외피 고정용 돌출부가 상기 상부 플레이트에 스테이플로 고정됨으로써, 상기 진공 단열재의 추가적인 고정이 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    액화가스 저장탱크의 진공단열시스템.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 진공 단열재가 상기 하부 플레이트와 상기 폼 단열재가 접하는 면에 배치되는 경우,
    상기 하부 플레이트의 상면과 상기 폼 단열재의 하면에는 각각 상기 진공 단열재가 배치되기 위한 홈이 가공되고,
    상기 진공 단열재는 상기 하부 플레이트에 형성되는 홈과 상기 폼 단열재에 형성되는 홈 사이에 배치되어, 상기 하부 플레이트 및 상기 폼 단열재와 접하는 면이 본딩에 의해 접착되는 것을 특징으로 하는,
    액화가스 저장탱크의 진공단열시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 외피 고정용 돌출부가 상기 하부 플레이트에 스테이플로 고정됨으로써, 상기 진공 단열재의 추가적인 고정이 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    액화가스 저장탱크의 진공단열시스템.
  7. 다수의 2차 단열패널로 구성되는 2차 단열벽과, 상기 2차 단열벽의 상부에 설치되며 다수의 1차 단열패널로 구성되는 1차 단열벽을 포함하는 액화가스 저장탱크에 있어서,
    상기 2차 단열패널과 상기 1차 단열패널 중 적어도 어느 하나는, 폴리우레탄 폼 또는 강화 폴리우레탄 폼으로 마련되는 폼 단열재와, 폼 단열재의 상부 및 하부에 각각 부착되어 상기 폼 단열재에 기계적 강성을 부여하는 상부 플레이트 및 하부 플레이트를 포함하되, 내부에 진공 단열재가 삽입 설치되어 더블 샌드위치 타입으로 마련되고,
    상기 진공 단열재는, 수평방향으로의 면적을 가지면서, 상기 상부 플레이트 또는 상기 하부 플레이트의 내측에 삽입 배치되는 것을 특징으로 하는,
    액화가스 저장탱크의 진공단열시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 진공 단열재는,
    내부가 진공 상태로 유지되며 기밀성을 가지는 외피재;
    상기 외피재 내부에 채워지며 열전달을 차단하는 내부재; 및
    상기 외피재의 둘레 방향으로 돌출되게 형성되는 외피 고정용 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    액화가스 저장탱크의 진공단열시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 중 상기 진공 단열재가 삽입 배치되는 플레이트는 상측 판 및 하측 판으로 나뉘어 제작되고, 상기 상측 판과 상기 하측 판이 서로 마주하는 면에는 각각 상기 진공 단열재가 배치되기 위한 홈이 가공되며,
    상기 진공 단열재는 상기 상측 판에 형성되는 홈과 상기 하측 판에 형성되는 홈 사이에 배치되어, 상기 상측 판 및 상기 하측 판과 접하는 면이 본딩에 의해 접착되는 것을 특징으로 하는,
    액화가스 저장탱크의 진공단열시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 외피 고정용 돌출부가 상기 상측 판과 상기 하측 판 중 적어도 어느 하나에 스테이플로 고정됨으로써, 상기 진공 단열재의 추가적인 고정이 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    액화가스 저장탱크의 진공단열시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 진공 단열재의 측부 둘레를 둘러싸도록 배치되는 상기 상측 판과 상기 하측 판이 서로 맞닿는 면은 완전히 밀폐되는 것을 특징으로 하는,
    액화가스 저장탱크의 진공단열시스템.
  12. 다수의 2차 단열패널로 구성되는 2차 단열벽과, 상기 2차 단열벽의 상부에 설치되며 다수의 1차 단열패널로 구성되는 1차 단열벽을 포함하는 액화가스 저장탱크에 있어서,
    상기 2차 단열패널과 상기 1차 단열패널 중 적어도 어느 하나는, 폴리우레탄 폼 또는 강화 폴리우레탄 폼으로 마련되는 폼 단열재와, 폼 단열재의 상부 및 하부에 각각 부착되어 상기 폼 단열재에 기계적 강성을 부여하는 상부 플레이트 및 하부 플레이트를 포함하되, 내부에 진공 단열재가 삽입 설치되어 더블 샌드위치 타입으로 마련되고,
    상기 진공 단열재는, 수평방향으로의 면적을 가지면서, 상기 폼 단열재 내부에 삽입 배치되는 것을 특징으로 하는,
    액화가스 저장탱크의 진공단열시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 진공 단열재는, 상기 폼 단열재의 발포 성형시 내부에 삽입되도록 상기 폼 단열재와 일체형으로 사전 제작되는 것을 특징으로 하는,
    액화가스 저장탱크의 진공단열시스템.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 진공 단열재는, 상기 폼 단열재의 상단층, 중단층 또는 하단층에 삽입 배치되는 것을 특징으로 하는,
    액화가스 저장탱크의 진공단열시스템.
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