KR20220039982A - 독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템 - Google Patents

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Abstract

독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템은, 진공단열패널을 기반으로 하여 단열층의 획기적인 두께 감소 및 이를 통한 액화가스 적재 효율의 향상이 가능하게 함으로써 탱크의 대형화시 기존 IMO C 타입 저장탱크의 현실적 적용을 어렵게 하던 구조적인 문제점을 근본적으로 해결하고, 이와 더불어 단열시스템을 구성하는 부재들을 재킷 형태로 유닛화하고 현장에서 조립하는 방식을 적용함으로써 시공성을 극대화하고 월등한 공기 단축 및 공정 간소화의 효과가 있다.

Description

독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템 {Insulation System of Independent Type Liquefied Gas Storage Tank}
본 발명은 독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 진공단열패널을 기반으로 하여 단열층의 획기적인 두께 감소 및 이를 통한 액화가스 적재 효율의 향상이 가능하게 함으로써 탱크의 대형화시 기존 IMO C 타입 저장탱크의 현실적 적용을 어렵게 하던 구조적인 문제점을 근본적으로 해결하고, 이와 더불어 단열시스템을 구성하는 부재들을 재킷 형태로 유닛화하고 현장에서 조립하는 방식을 적용함으로써 시공성을 극대화하고 월등한 공기 단축 및 공정 간소화가 가능한 독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템에 관한 것이다.
기존에 선박의 연료로서 사용되던 MDO(Marine Diesel Oil), HFO(Heavy Fuel Oil) 등의 연료오일은 연소시 발생하는 온실가스와 각종 유해물질로 인하여 환경오염을 초래하는 주범이 되어 왔다. 이에 연료오일을 대체할 에너지원으로서 오염물질의 배출이 적은 LPG(Liquefied Petroleum Gas)나 LNG(Liquefied Natural Gas) 등의 친환경 연료가 고려되고 있다. 특히 LNG는 황산화물과 질소산화물의 함유량이 낮아 오염물질의 배출이 적을 뿐만 아니라, LPG에 비해 가격이 저렴하고, 액화시 부피를 1/600로 줄일 수 있으므로 운송에도 매우 유리한 측면이 있다.
LNG를 대량으로 운송하는 LNG 운반선(LNGC: LNG Carrier)에서는 화물창 내에 저장된 LNG를 연료로 사용하는 기술이 이미 개발되어 상용화되고 있는데, 최근에는 점차 강화되는 대기오염 규제에 따라 LNGC 이외의 선박에도 LNG 연료의 사용을 확대 적용하고자 하는 시도가 활발이 이루어지고 있다.
통상 LNG를 연료로 사용하여 추진하는 선박을 LFS(LNG Fueled Ship)라 하는데, LFS는 LNG를 직접 화물로 싣고 다니면서 연료로 사용하는 LNGC와는 달리 연료로 사용하기 위한 LNG를 저장하기 위한 별도의 LNG 저장탱크가 구비되어야 한다.
LNG 저장탱크는 극저온의 LNG를 안전하게 보관 및 저장할 수 있도록 열응력 및 열수축에 강인하고 열침입을 막을 수 있는 구조로 설계되며, 하중이 직접적으로 작용하는지 여부에 따라 크게 멤브레인형(Membrane Type)과 독립형(Independent Type)으로 분류될 수 있다.
멤브레인형 저장탱크는 선체와 일체를 이루는 것으로서 전술한 LNGC와 같이 대량으로 LNG를 수송하는 선박에 주로 적용된다. 일반적으로 멤브레인형 저장탱크는 GTT NO96 타입과 TGZ MARK Ⅲ 타입으로 구분될 수 있다.
독립형 저장탱크는 선체와 일체를 이루지 않고 독립적으로 존재하는 것으로서 외부에서 별도로 제작된 후 선박에 탑재가 가능하다. 따라서 LNGC 이외의 선박에서는 기존 설계의 변경 없이도 간단히 탑재할 수 있는 독립형 저장탱크를 LNG 연료탱크로서 주로 활용한다.
독립형 저장탱크는 IMO(International Maritime Organization, 국제해사기구)의 규정에 따라 A, B, C 타입으로 구분될 수 있다.
IMO A 타입의 저장탱크는 1차 방벽과 1차 방벽의 파손에 의한 LNG의 유출을 방지하기 위해 1차 방벽을 완전히 감싸는 구조로 마련되는 2차 방벽을 갖는다. IMO B 타입의 저장탱크는 신뢰성이 어느정도 확인된 1차 방벽과 1차 방벽의 크랙 가능성이 상대적으로 높은 부위에 요구되는 2차 방벽을 갖는다.
한편, IMO C 타입의 저장탱크는 신뢰성이 완전하게 확인된 압력탱크 형태를 갖는다. 이러한 IMO C 타입 저장탱크는 단열 형태에 따라 싱글형(단일 구조)과 더블형(이중 구조)으로 다시 구분될 수 있다.
싱글형은 압력탱크의 외측면에 주로 폼 계열의 단열재를 부착하는 방식으로 단열이 이루어지고, 더블형은 복사열을 차단하기 위하여 펄라이트(perlite)나 MLI(Multi-Layer Insulation)로 피복된 압력탱크를 외부탱크로 감싸고 두 탱크 사이에 진공 환경을 조성하는 방식으로 단열이 이루어진다.
종래에는 소용량의 LNG를 저장하기 위하여 더블형의 IMO C 타입 저장탱크가 주로 사용되었다. 이는 수 톤의 탱크를 지지하기 위해 설치되는 지지구조물이 내부탱크(압력탱크)가 아니라 외부탱크에 접촉하여 지지하므로 열교 현상이 발생하지 않아 단열 측면에서 더 유리하였기 때문이다.
그러나 최근 들어 초대형 원유운반선(VLCC: Very Large Crude-Oil Carrier)이나 컨테이너선(Container Ship)과 같이 대형 선박에서 LNG 연료의 사용이 고려되면서, LNG 저장탱크도 대용량으로 갖추어질 것이 요구되고 있다.
이와 같이 LNG 저장탱크의 요구 용량이 커질 경우 더블형 구조의 적용은 현실적으로 불가능하다. 더블형 IMO C 타입 저장탱크는 외부탱크도 진공압을 버틸 수 있도록 중(重) 구조의 압력용기로 제작되므로 탱크가 대형화될수록 중량이 현저하게 증가되는 문제가 있기 때문이다. 또한, 더블형 IMO C 타입 저장탱크는 내부탱크와 외부탱크 사이의 공간을 진공으로 형성하는데, 탱크의 대형화시 이 공간 또한 늘어나게 되고 진공화 작업에 소요되는 시간이 지나치게 길어지게 되므로, 더블형 IMO C 타입 저장탱크의 적용을 현실적으로 어렵게 하는 요인이 되었다.
뿐만 아니라, 상기와 같은 문제들은 대형 압력용기 제작에 따른 물량 증가 및 진공화 작업 기간 증가에 따른 비용 상승을 야기하고, 탱크 체적당 LNG의 적재 효율을 감소시키는 원인이 된다. 따라서 앞으로 대형 선박에서 사용되기 위한 IMO C 타입 저장탱크는 싱글형 구조로 제작이 요구될 것이라 예상된다.
그러나 종래에 공지된 싱글형 IMO C 타입 저장탱크는 다음과 같은 문제점이 있다.
1) 싱글형 IMO C 타입 저장탱크는 압력탱크의 외측면에 폼 계열의 단열재(주로 폴리우레탄 폼)를 부착하는 방식으로 단열 구조가 형성되는데, 이러한 폼 계열의 단열재는 구조적인 강도가 취약하여 수 톤 이상의 탱크 구조를 지지하는 서포트(support)가 단열재를 직접적으로 받칠 수 없다. 따라서 싱글형 IMO C 타입 저장탱크에서는 서포트가 내부탱크에 직접 연결되어야 하므로 전반적으로 열교 현상이 높다는 단점이 있다.
2) 싱글형 IMO C 타입 저장탱크는 통상 폼 계열의 단열재를 300 ~ 400mm 두께로 시공하게 되므로 이미 두꺼운 단열층을 형성하고 있고, 탱크의 대형화시에는 단열층의 추가적인 두께 증가가 더 요구될 수도 있다. 즉, 싱글형 IMO C 타입 저장탱크라 하더라도 탱크의 대형화시에 발생하는 LNG 적재 효율에 관한 문제에서 완전히 자유로운 것은 아니다.
3) 또한, 단열재가 폴리우레탄 폼과 같은 발포성 소재로 이루어지는 경우에는 균일한 시공이 어렵고, 발포성 소재는 태생적으로 열수축 및 팽창에 취약하므로 두꺼운 두께로 형성할 시 변형률이 증대되며 두께 증가에 의하여 자체 붕괴 현상이 발생할 우려도 있다.
4) 더불어, 발포성 단열재가 멤브레형 저장탱크에 사용되는 경우에는 설비가 구축된 공장 내에서 제작되므로 치수 안정성의 문제가 상대적으로 덜하지만, 독립형 저장탱크는 곡면이나 너클(knuckle)이 많은 관계로 발포성 단열재를 현장 도포하는 경우 특히 치수 안정성 측면에서 취약하다는 단점이 있다.
최근 LNGC 이외의 선박에서도 LNG 저장탱크의 탑재에 대한 요구가 점점 증가하는 추세이고, 특히 선박의 대형화에 따라 현실적으로 적용이 어려운 더블형 대신 싱글형 IMO C 타입 저장탱크에 대한 수요가 증가할 것으로 예상됨에 따라, 본 발명은 전술한 싱글형 IMO C 타입 저장탱크의 구조적 문제점을 근본적으로 해결하고, 뛰어난 단열성능을 갖춤은 물론 구조적으로 안정적이고 적재 효율의 측면에서도 우수한 독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
구체적으로, 본 발명은 진공단열패널을 기반으로 하여 단열층의 획기적인 두께 감소가 가능케 함으로써 액화가스의 적재 효율을 증대시키고, 또한 압축하중에 강한 진공단열패널의 특성을 이용하여 구조적으로도 안정적인 독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 단열시스템을 구성하는 부재들을 재킷 형태로 유닛화하여 현장에서 탱크 외벽에 조립되는 방식으로 시공이 가능한 독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템을 제공함으로써, 시공성을 극대화하고 획기적인 공기 단축이 가능하게 하는 것을 또 다른 기술적 과제로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 내부에 액화가스가 저장되는 탱크의 외측으로 진공단열패널층, 폴리머층 및 아우터쉘이 순차적으로 둘러싸인 구조의 독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템에 있어서, 상기 진공 단열패널층, 상기 폴리머층 및 상기 아우터쉘 중 적어도 하나 이상은 재킷 형태로 유닛화되어 상기 탱크의 외벽 상에서 조립되는 방식으로 시공되는 것을 특징으로 하는, 독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템은, 외판과 상기 외판의 내측면에 부착되는 솔리드 폴리머를 포함하도록 분할 제작되는 다수의 단위모듈을 포함하고, 상기 다수의 단위모듈의 조립에 의해, 다수의 상기 솔리드 폴리머가 인접하게 배치되어 상기 폴리머층을 형성하고, 다수의 상기 외판이 연속적으로 연결되어 상기 아우터쉘을 형성할 수 있다.
상기 다수의 단위모듈의 조립시, 서로 이웃하는 상기 외판이 연결되는 부위의 하측부에 의도적으로 통로를 형성하고, 상기 통로에 액상 폴리머를 주입하여 경화시킴으로써, 상기 단위모듈 간의 연결 부위에 기밀을 형성할 수 있다.
상기 통로는 서로 이웃하는 상기 솔리드 폴리머가 간격을 가지면서 배치됨에 따라 상기 간격에 의해 형성될 수 있다.
상기 탱크와 상기 아우터쉘 사이의 공간은 진공을 조성할 수 있다.
상기 외판은 금속 또는 강화 플라스틱 소재로 제작되며, 서로 이웃하는 상기 외판은 용접 또는 접착 또는 볼팅 체결 방식 중 적어도 어느 하나의 방식으로 결합될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템은, 상기 탱크의 외부 표면과 상기 진공단열패널층 사이에 배치되는 블랭킷 레이어를 더 포함하고, 상기 블랭킷 레이어는 글라스울이나 합성수지 중 어느 하나의 소재로 구성되는 시트층 또는 접착물질로 구성되는 접착층일 수 있다.
상기 진공단열패널층은, 상기 블랭킷 레이어의 외측에 배치되는 제1 진공단열패널층과, 상기 제1 진공단열패널층과 상기 폴리머층 사이에 배치되는 제2 진공단열패널층을 포함하여 복수의 층으로 구성되고, 상기 제1 진공단열패널층은 다수의 제1 진공단열패널들이 연속적으로 배열되어 형성되고, 상기 제2 진공단열패널층은 다수의 제2 진공단열패널들이 연속적으로 배열되어 형성될 수 있다.
상기 제1 진공단열패널과 상기 제2 진공단열패널은 수직 방향 가장자리가 서로 어긋나도록 교차 배치될 수 있다.
상기 단위모듈은, 상기 제1 진공단열패널과 상기 제2 진공단열패널 중 적어도 상기 제2 진공단열패널을 더 포함할 수 있다.
상기 다수의 단위모듈의 조립시, 상기 제2 진공단열패널의 가장자리가 상기 제1 진공단열패널의 가장자리 상부에 오버랩되도록 배치될 수 있다.
상기 단위모듈은, 상기 제1 진공단열패널과 상기 제1 진공단열패널의 내측면에 부착되는 블랭킷을 더 포함하고, 상기 다수의 단위모듈의 조립에 의해, 다수의 상기 블랭킷이 인접하게 배치되어 상기 블랭킷 레이어를 형성할 수 있다.
상기 블랭킷은 글라스 클라스(glass cloth), 합성수지(synthetic resin) 시트, 접착제 및 접착용 양면 테이프 중 어느 하나로 마련될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템은, 상기 탱크에서 서포트에 의해 지지되는 2 이상의 지지부; 상기 탱크에서 상기 지지부 사이에 형성되는 실린더부; 적어도 2 이상의 상기 단위모듈의 결합에 의해 링 형태로 제작되어 상기 지지부의 둘레에 설치되는 링 유닛; 및 적어도 2 이상의 상기 단위모듈의 결합에 의해 원통 형태로 제작되어 상기 실린더부의 둘레에 설치되는 실린더 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 링 유닛은, 일체로 제작이 완료된 후 상기 탱크를 상기 링 유닛에 끼워넣는 방식으로 설치되거나, 또는 2 이상의 상기 단위모듈을 상기 지지부 상에서 순차적으로 조립하는 방식으로 설치될 수 있다.
상기 실린더 유닛의 길이방향을 따른 양측 끝단은 상기 링 유닛에 연결될 수 있다.
상기 링 유닛 및 상기 실린더 유닛의 연결 부위에는, 상기 링 유닛을 구성하는 상기 단위모듈과 상기 실린더 유닛을 구성하는 상기 단위모듈에 각각 마련되는 상기 솔리드 폴리머 간의 간격에 의해 통로가 형성되고, 상기 링 유닛 및 상기 실린더 유닛의 설치 이후 상기 통로에 액상 폴리머를 주입하여 경화시킴으로써, 상기 링 유닛과 상기 실린더 유닛의 연결 부위에 기밀을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템은, 상기 탱크에서 상기 지지부로부터 상기 탱크의 길이방향 양측 끝단 사이에 형성되는 헤드부; 및 상기 탱크의 외측면과의 사이에 공간을 형성하면서 상기 헤드부를 덮어씌우도록 설치되고, 일측부가 상기 링 유닛에 연결되어 고정되는 콘 유닛을 더 포함하고, 상기 탱크와 상기 콘 유닛 사이에 형성되는 공간 및 상기 콘 유닛의 외측면에 단열 시공이 이루어질 수 있다.
상기 탱크와 상기 콘 유닛 사이에는 펄라이트, 글라스울 및 발포성 폴리머 중 어느 하나의 단열재를 충진하거나 진공을 형성하고, 상기 콘 유닛의 외측면에는 진공단열패널 또는 발포성 폴리머로 추가 단열층을 시공하고, 상기 추가 단열층의 외측면에 UV 차단용 보호층을 형성할 수 있다.
또한, 상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 독립형 탱크의 외측으로 블랭킷 레이어, 진공단열패널층, 폴리머층 및 아우터쉘이 순차적으로 둘러싸인 구조의 독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템에 있어서, 상기 블랭킷 레이어의 외측에 부착되며 상기 진공단열패널층을 구성하는 진공단열패널과, 상기 진공단열패널의 외측에 부착되며 상기 폴리머층을 구성하는 솔리드 폴리머와, 상기 솔리드 폴리머의 외측에 부착되는 외판을 포함하는 단위모듈을 재킷 형태로 구성하고, 상기 재킷 형태의 단위모듈을 현장에서 상기 독립형 탱크의 외벽 상에 조립하는 방식으로 시공이 이루어지는 것을 특징으로 하는, 독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템이 제공될 수 있다.
다수의 상기 단위모듈을 연결함에 있어서 서로 인접하게 배치되는 상기 외판은 용접 또는 접착 또는 볼팅 체결 방식 중 적어도 어느 하나의 방식으로 결합되며, 상기 외판의 연결 부위 하측에는 상기 솔리드 폴리머가 간격을 두고 배치됨에 따라 통로가 형성되고, 상기 통로에 액상 폴리머를 주입하여 경화시킴으로써 상기 단위모듈 간의 연결 부위에 기밀을 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템은, 상기 블랭킷 레이어를 구성하는 다수의 블랭킷을 더 포함하고, 상기 블랭킷이 상기 진공단열패널의 내측면에 기부착되어 상기 단위모듈에 포함될 수 있다.
상기 블랭킷은 글라스 클라스(glass cloth), 합성수지(synthetic resin) 시트, 접착제 및 접착용 양면 테이프 중 어느 하나로 마련될 수 있다.
본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
1) 본 발명에 따른 독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템은, 단열성능이 월등이 우수하고 극저온에서의 치수 안정성이 뛰어난 진공단열패널을 기반으로 하여 기존 대비 단열층의 획기적인 두께 감소가 가능하고 이를 통하여 액화가스의 적재 효율을 증대시키는 효과가 있다.
2) 본 발명에 따른 독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템은, 압축하중에 강한 진공단열패널의 특성을 이용하여 탱크 구조물을 지지하는 서포트가 압력탱크가 아닌 아우터쉘을 바로 지지하는 것이 가능하다. 따라서 서포트를 통한 열교 현상이 발생하지 않는 더블형 구조의 장점을 구현하는 것이 가능하고, 이때 아우터쉘은 진공압을 견뎌야 하는 중(重) 구조로 제작될 필요 없이 피복 개념의 경량 구조로 제작 가능하므로 획기적인 경량화가 가능하다.
3) 본 발명은 단열시스템을 구성하는 부재들을 재킷 형태로 유닛화하고 현장에서 조립되는 방식으로 시공이 가능한 독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템을 제공함으로써, 간편한 설치가 가능하여 시공성이 극대화되고 월등한 공기 단축 및 공정 간소화의 효과가 있다.
4) 또한, 본 발명은 재킷 형태로 유닛화되는 부재들 간의 연결 부위에 의도적으로 홈을 가공하고, 이들 홈에 의해 형성되는 통로에 액상 폴리머를 주입하여 경화시킴으로써 부재들 간의 견고한 접합 및 완벽한 기밀 구조의 구현이 가능하다.
5) 이때, 부재들 간의 연결 부위에 주입되는 액상 폴리머는 단열시스템 내측에 설치되는 진공단열패널들 사이로 흘러들어가 팽창됨으로써 더욱 기밀한 구조의 구현이 가능하고, 진공단열패널의 공기 출입을 더욱 확실하게 차단하여 장기간 사용시에도 진공도가 반영구적으로 유지되는 효과도 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 독립형 액화가스 저장탱크의 외형을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템의 기본 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 단열시스템의 일 부분을 구성하는 링 유닛을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 링 유닛을 구성하는 제1 단위모듈을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 단위모듈을 다른 방향에서 바라본 도면이다.
도 6은 본 발명에서 인접하는 제1 단위모듈 간의 연결 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 단열시스템을 구성하는 실린더 유닛을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실린더 유닛을 구성하는 제2 단위모듈을 나타낸 도면이다.
도 9는 제1 실린더 유닛의 연결 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 제2 및 제3 실린더 유닛의 연결 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 제4 실린더 유닛의 연결 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 링 유닛 및 실린더 유닛의 설치가 완료된 상태의 본 발명에 따른 독립형 액화가스 저장탱크를 나타낸 도면이다.
도 13은 헤드부에 콘 유닛이 설치된 상태의 본 발명에 따른 독립형 액화가스 저장탱크의 상태를 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 콘 유닛을 나타낸 도면이다.
도 15는 콘 유닛의 내외측에 형성되는 단열 구조를 설명하기 위한 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 '선박'은 액화가스 연료를 저장하는 액화가스 저장탱크를 구비하는 모든 종류의 선박을 포함하는 개념으로 해석될 수 있으며, 대표적으로 LNG를 연료로 사용하여 추진하는 LFS와 같이 자체 추진 능력을 갖춘 선박을 비롯하여, LNG FPSO(Floating Production Storage Offloading)나 LNG FSRU(Floating Storage Regasification Unit)와 같이 해상에 부유하고 있는 해상 구조물도 포함될 수 있다.
본 명세서에서 '액화가스'는 가장 대표적인 액화가스인 LNG를 비롯하여, LPG, LEG(Liquefied Ethane Gas), 액화에틸렌가스(Liquefied Ethylene Gas), 액화프로필렌가스(Liquefied Propylene Gas) 등과 같이, 저온으로 액화시켜 저장이 가능하고 기화된 상태에서 엔진 등의 연료로 공급될 수 있는 모든 종류의 액화가스를 포함할 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 '저장탱크'는 저온으로 액화시켜 저장이 가능한 모든 종류의 액화가스를 저장하는 탱크를 포함할 수 있다.
또한, 본 명세서에서는 IMO C 타입 저장탱크와 같은 압력식 저장탱크에 본 발명이 적용되는 것을 바람직한 실시예로 설명하고 있지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명은 IMO C 타입이 아닌 다른 타입의 압력식 저장탱크에도 적용될 수 있음은 물론 압력식이 아니더라도 단열시스템이 탱크 외측에 형성되는 모든 종류의 저장탱크에 본 발명이 적용될 수 있음을 첨언한다.
특히, 최근 제작되는 IMO A 타입 및 IMO B 타입 저장탱크도 이미 제작된 탱크의 외측면에 단열 피복을 하고, 주로 현장 도포 시공이 적용된다는 점에서 IMO C 타입 저장탱크와 유사한 방식으로 시공이 이루어지므로 본 발명의 구조를 그대로 적용할 수 있다. 즉, 본 발명은 IMO에서 규정하는 탱크의 타입과는 관계 없이 모든 타입의 독립형 저장탱크에 적용 가능하며, 어떠한 타입에 적용되더라도 단열층의 두께 감소에 따른 적재 효율의 향상 및 모듈러 형태의 시공 방식에 따른 공기 단축 및 공정 간소화 등의 효과가 창출될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명이 적용되는 독립형 액화가스 저장탱크의 외형을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템의 기본 구조를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템은 바람직하게는 IMO C 타입 저장탱크, 더욱 바람직하게는 싱글형 IMO C 타입 저장탱크에 적용될 수 있으며, 내부에 저장되는 액화가스가 기화되어 발생하는 압력을 견딜 수 있도록 내압용기로 제작되는 압력탱크(10)를 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에서 압력탱크(10)는 내부 압력을 견디기에 용이한 형상으로서 실린더 형태를 취할 수 있으며, 내부 표면이 극저온의 액화가스와 직접 접촉하게 되므로 강(steel), 스테인리스강(stainless steel), 니켈 합금강, 알루미늄 합금 등과 같이 저온 특성이 우수한 금속 재질로 제작될 수 있다.
본 발명에서 압력탱크(10)는 크게 실린더부(11)와 지지부(12) 그리고 헤드부(13)로 구분될 수 있다. 이러한 부위의 구분은 후술하는 바와 같이 서로 다른 형태의 단열 유닛(100, 200, 300)이 설치됨에 따라 임의로 구분된 것이라는 점을 참고 바란다.
통상적으로 독립형 저장탱크는 선체와 일체를 이루지 않고 독립적으로 탑재되는 것이기에 별도의 서포트(지지대)에 의해 지지가 이루어진다. 압력탱크(10)의 지지부(12)는 이러한 서포트에 의해 지지가 이루어지는 부위로서 압력탱크(10)의 길이방향을 따라 두 곳 내지 그 이상으로 형성될 수 있다. 이하 실시예에서는 압력탱크(10)의 길이방향을 따라 두 곳에 지지부(12)가 형성되는 것을 예로 들어 설명한다.
실린더부(11)는 지지부(12) 사이에서 압력탱크(10)가 길이방향을 따라 원통 형태로 연장되는 부위를 의미한다. 본 실시예에서는 지지부(12)가 두 곳에 형성되기에 실린더부(11)가 하나만 형성되어 있지만, 지지부(12)가 세 곳 이상에 형성되는 경우에는 실린더부(11)의 개수도 그에 따라 증가될 수 있다. 실린더부(11)의 상측에는 압력탱크(10) 내부로의 각종 장비 및 배관의 출입을 위하여 개구가 형성될 수 있으며, 이러한 개구를 폐쇄하기 위한 구조물로서 돔(dome, 미도시)이 설치될 수 있다.
헤드부(13)는 통상 실린더형 탱크의 앞뒤 부분을 가리키는 것이지만, 본 실시예에서는 후술하는 콘 유닛(300)이 설치되는 구역으로서 지지부(12)로부터 압력탱크(10)의 길이방향 양측 끝단에 이르는 부위를 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 압력탱크(10)의 외측에는 단열시스템이 갖추어질 수 있다. 본 발명에 따른 독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템은, 압력탱크(10)의 외측으로 블랭킷 레이어(blanket layer)(20), 제1 진공단열패널층(30), 제2 진공단열패널층(40), 폴리머층(50) 및 아우터쉘(60)이 순차적으로 둘러싸인 구조로 형성될 수 있다.
블랭킷 레이어(20)는 제1 진공단열패널층(30)을 구성하는 진공단열패널(VIP: Vacuum Insulation Panel)이 압력탱크(10) 표면에 직접 접촉되지 않도록 함으로써 제1 진공단열패널층(30)을 보호하는 역할을 한다. 본 실시예에서 블랭킷 레이어(20)는 대략 10 ~ 25mm 두께로 형성됨이 바람직하다.
블랭킷 레이어(20)는 유연한 소재를 시트 형태로 마련하여 압력탱크(10)의 외벽을 둘러싸는 형태로 설치될 수 있으며, 이러한 블랭킷 레이어(20)의 소재로는 글라스울(glass wool)을 시트 형상으로 직조한 글라스 클로스(glass cloth) 또는 합성수지(synthetic resin) 시트 등이 이용될 수 있다.
일반적으로 진공단열패널은 얇은 금속 피복으로 내부 코어를 감싸는 구조로 구성되므로 스크래치에 취약하고 기밀이 조금이라도 파손될 경우 외부 공기의 유입으로 단열성능이 떨어지는 문제가 있다. 따라서 본 발명에서는 압력탱크(10)와 제1 진공단열패널층(30) 사이에 신축에 따른 마찰저항을 줄이는 역할을 할 수 있도록 블랭킷 레이어(20)를 배치함으로써, 압력탱크(10)의 열수축 및 팽창 현상이 반복적으로 일어나더라도 제1 진공단열패널층(30)을 구성하는 진공단열패널의 피로 균열 및 마모에 의한 손상을 방지할 수 있다.
블랭킷 레이어(20)는 압력탱크(10)의 외측면에 접착에 의해 고정되거나, 또는 압력탱크(10)의 외측면에 접착되지 않고 슬라이딩 가능하게 마련되어 압력탱크(10)의 수축/팽창시에도 이에 구속되지 않고 자유롭게 거동할 수 있다.
또한, 본 발명에서 블랭킷 레이어(20)는 폴리우레탄 폼과 같은 발포성 폴리머로 이루어질 수도 있다. 블랭킷 레이어(20)가 발포성 폴리머로 이루어지는 경우에는 블랭킷 레이어(20)의 두께가 전술한 10 ~ 25mm보다 증가할 수 있으나, 본 발명에서 블랭킷 레이어(20)는 단열 측면보다는 후술하는 제1 진공단열패널층(30)을 압력탱크(10)의 외측면으로부터 보호하는 것이 주된 역할로서 50mm 이하로 형성될 수 있다.
블랭킷 레이어(20)가 발포성 폴리머로 이루어지는 경우, 블랭킷 레이어(20)는 발포성 폴리머를 패널(panel) 형태로 가공하여 압력탱크(10)의 외측면에 부착하는 방식 또는 압력탱크(10)의 외측면에 발포성 폴리머를 직접 분사(spray)하여 발포 및 경화시키는 방식으로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에서 블랭킷 레이어(20)는 에폭시 레진(epoxy resin) 등의 접착물질로 이루어지는 접착층으로 구성되거나 또는 접착용 양면 테이프로 대체될 수도 있다.
제1 진공단열패널층(30)은 블랭킷 레이어(20)를 사이에 두고 압력탱크(10)의 둘레를 따라 연속적으로 배치되는 다수의 진공단열패널로 구성될 수 있다. 여기서 진공단열패널은 공지된 기술을 사용할 수 있다. 통상적으로 진공단열패널은 알루미늄 포일(aluminium foil)과 같은 금속 박막이나 폴리머 필름(polymer film) 등의 소재를 포함하여 높은 차폐성을 갖는 피복재 내부에 공기가 제거된 글라스울, 흄드 실리카(fumed silica), 펄라이트 또는 에어로젤(aerogel) 등의 코어를 충진한 구조를 갖는다.
이러한 진공단열패널은 외피를 구부려서 제작하는 것이 가능하므로 실린더 형태의 압력탱크(10)의 곡면 부위에 대응하는 형상으로 제작이 용이하고 설치성이 매우 뛰어난 장점이 있다. 또한, 진공단열패널은 -200℃ 이하의 극저온에서도 사용이 가능하고, 극저온에서도 물리적 특성의 예측이 가능하며, 저온일수록 단열성능 및 수명이 길어지는 특성을 가지므로, 극저온 액화가스 저장탱크의 단열시스템을 구현함에 있어서 최적화된 단열재라 할 수 있다.
또한, 진공단열패널은 일반적으로 0.0045w/mk이하로 열전도율이 매우 낮으므로 기존의 단열재와 대비하여 월등한 단열성능을 기대할 수 있으며, 따라서 기존의 폼 단열재와 대비하여 현저히 얇은 두께로도 동일한 단열 효과를 기대할 수 있다.
본 실시예에서 진공단열패널은 대략 25mm 두께로 형성될 수 있다. 즉, 제1 진공단열패널층(30)과 후술하는 제2 진공단열패널층(40)은 각각 25mm 두께를 가진 진공단열패널들로 층을 형성할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 단열시스템에서 주로 단열 기능을 수행하는 제1 진공단열패널층(30)과 제2 진공단열패널층(40)은 도합 50mm의 두께를 가지게 되는데, 진공단열패널은 종래 싱글형 IMO C 타입 저장탱크의 단열재로 주로 사용되는 폴리우레탄 폼보다 약 6 ~ 10배 가량 높은 단열성능을 가지므로, 종래 싱글형 IMO C 타입 저장탱크에서 폴리우레탄 폼 단열층을 300 ~ 500mm 형성하는 것과 동일한 단열성능을 기대할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 단열성능이 월등히 우수한 진공단열패널을 기반으로 단열시스템을 구성함으로써 종래 대비 단열층의 두께를 획기적으로 감소시킬 수 있고, 단열층의 두께가 감소하는 만큼 액화가스의 적재 효율이 증대되는 효과를 기대할 수 있다. 또한, 본 발명은 발포성 단열재의 시공 측면의 어려움 및 자재 손실률의 문제를 해결하는 것이 가능하고, 탱크 체적당 액화가스의 적재 효율을 증대시킴으로써 선내 공간 활용도를 높이는 효과도 가진다.
한편, 상기와 같이 진공단열패널은 매우 우수한 단열성능을 가지지만, 진공단열패널의 외피가 금속으로 이루어지는 경우 금속 표면을 통한 열교 현상이 발생할 수 있다는 문제점이 있다. 이러한 열교 현상의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 제1 진공단열패널층(30)의 외측에 제2 진공단열패널층(40)을 추가 배치하고, 제1 진공단열패널층(30)을 구성하는 진공단열패널들과 제2 진공단열패널층(40)을 구성하는 진공단열패널들의 수직 방향 가장자리가 서로 어긋나도록 교차 배치시키는 구조를 제안한다.
이러한 배치에 따르면, 내측에 배치되는 진공단열패널들(제1 진공단열패널층) 사이의 간극과 외측에 배치되는 진공단열패널들(제2 진공단열패널층) 사이의 간극이 서로 수직방향으로 이어지지 않으므로, 간극을 통한 열교 현상을 상당히 저감시킬 수 있으며, 또한 제1 진공단열패널층(30)과 제2 진공단열패널층(40)을 교차 배치시키는 것이 구조적인 측면에서도 더 견고하다.
제2 진공단열패널층(40)의 외측에는 폴리머층(50)이 배치된다. 폴리머층(50)은 내측에 배치되는 제2 진공단열패널층(40)을 외부 충격으로부터 보호하고 구조적 강성을 보강함은 물론 단열시스템의 전체적인 단열성능을 향상시키는데에도 기여할 수 있다.
본 실시예에서 폴리머층(50)은 대표적으로 폴리우레탄을 포함하여 폴리머 계열의 단열재로 구성될 수 있으며, 이때 비발포성 폴리머와 발포성 폴리머의 사용이 모두 가능하다.
폴리머층(50)은 단열시스템에서 주로 단열기능을 수행하는 진공단열패널층(30, 40)의 외측을 전체적으로 감싸는 구조로서 완벽한 기밀 구조를 구현하고, 따라서 발포성 단열재로만 이루어지는 기존의 단열시스템 대비 단열성능이 획기적으로 향상될 수 있다. 즉, 본 발명에서 폴리머층(50)의 가장 중요한 효과는 전체 단열시스템의 기밀성을 확보한다는 것이다.
본 실시예에서 폴리머층(50)은 바람직하게는 탄성계수 200M㎩ 이상의 구조적 강도를 가지는 폴리머로 형성될 수 있다. 폴리머층(50)의 두께는 대략 10 ~ 100mm로 형성될 수 있으며, 폴리머층(50)이 비발포성 폴리머로 구성되는 경우에는 두께를 대략 10 ~ 50mm까지 감소시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에서 폴리머층(50)으로서 조밀한 구조의 비발포성 폴리머가 이용되는 경우, 비발포성 폴리머는 통상 밀도가 600 ~ 1200kg/m3으로 상당한 고밀도 특성을 가지므로, 내측에 배치되는 진공단열패널을 외부 충격으로부터 더욱 효과적으로 보호할 수 있다.
폴리머층(50)은 제2 진공단열패널층(40)과 후술하는 아우터쉘(60) 사이에 배치되어 두 구성 간의 열교 현상을 방지하는 기능을 할 수 있다. 즉, 제1 진공단열패널층(30)과 제2 진공단열패널층(40) 사이에 열교 현상이 발생하더라도 이러한 열교는 폴리머층(50)에 의해 아우터쉘(60)까지 전달되지 않는다.
한편, 도 2에는 도시되어 있지 않지만, 후술하는 바와 같이 본 발명에 따른 독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템은 재킷 형태로 유닛화된 부재들이 현장에서 조립되는 방식으로 시공될 수 있는데, 시공 마무리 과정에서 재킷 형태의 유닛들 사이에 형성되는 홈에 액상 폴리머를 주입하여 경화시키는 과정을 포함한다. 이때 주입되는 액상 폴리머는 진공단열패널층(30, 40)을 구성하는 진공단열패널들 사이의 틈으로도 흘러들어갈 수 있으며, 진공단열패널들 사이에 채워진 상태에서 경화시 발생하는 팽창 압력으로 매우 기밀한 구조의 구현이 가능하다. 즉, 본 발명에서는 진공단열패널들 사이에 기밀하게 채워지는 폴리머에 의해서라도 상술한 열교 현상으로 인한 열손실은 거의 발생하지 않는다.
마지막으로, 폴리머층(50)의 외측에 아우터쉘(60)이 배치되어 단열시스템의 외부 표면을 형성한다. 전술한 폴리머층(50)은 UV에 다소 취약한 특성을 가지므로, 본 발명에서는 폴러미층(50)의 외측에 UV에 강한 금속이나 강화 플라스틱을 이용하여 제조된 아우터쉘(60)을 배치하는 것이다.
또한, 아우터쉘(60)은 폴리머층(50)의 외측을 덮어 건조 후 화재의 위험성을 차단하고, 외부 충격으로부터 압력탱크(10) 및 전체 단열시스템을 보호하는 역할을 한다. 이때, 전술한 폴리머층(50)과 아우터쉘(60)의 복합 작용에 의해 내측 단열시스템의 더욱 효과적인 보호가 가능하며, 이에 따라 단열시스템 전체에 대한 구조적인 성능이 향상되는 효과가 있다.
종래 더블형 IMO C 타입 저장탱크에서 가장 외측에 설치되는 외부탱크는 내부탱크와의 사이에 형성되는 진공에 대한 내성을 가질 수 있도록 대략 10 ~ 20mm의 두꺼운 철판을 사용해야 했다. 그러나 본 발명에 따른 단열시스템은 내압용기인 압력탱크(10)와 아우터쉘(60) 사이에 진공을 형성하는 것이 아니라 진공단열패널을 배치하는 것이므로 아우터쉘(60)이 진공에 대한 내성을 가질 필요가 없다. 또한, 아우터쉘(60)의 내측에 배치되는 폴리머(50)층이 탱크의 구조적 강도 향상에 기여하기 때문에 아우터쉘(60)이 중(重) 구조로 제작될 필요가 전혀 없다.
따라서, 본 발명에서 아우터쉘(60)은 종래 더블형 IMO C 타입 저장탱크와 같이 두꺼운 철판을 사용하는 대신 약 1 ~ 2mm 가량의 얇은 박판으로 제작되는 것이 가능하다. 즉, 본 발명은 아우터쉘(60)을 단순 피복 구조로 구현하는 것이 가능하며, 이러한 구조의 적용시 종래 더블형 IMO C 타입 저장탱크와 대비하여 탱크의 중량을 10 ~ 30% 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에서 아우터쉘(60)은 금속 뿐만 아니라 FRP(Fiber Reinforced Plastic)나 GRP(Glass-fiber Reinforced Plastics)와 같은 강화 플라스틱 등 경량 복합소재를 사용하는 것도 가능하다. 이 경우 종래 더블형 IMO C 타입 저장탱크와 대비하여 약 2톤의 추가적인 중량 감소가 가능하다(40피트 ISO 탱크 기준).
이와 같이, 본 발명은 종래 더블형 IMO C 타입 저장탱크와 같이 중(重) 구조물로 제작될 필요 없이 경량의 아우터쉘(60)을 갖추어 구조적으로 안정된 단열시스템을 구축할 수 있으며, 아우터쉘(60)을 둠에 따라 내압용기인 압력탱크(10)의 두께를 감소시키는 것도 가능하다.
한편, 본 발명에 따른 독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템의 기본 구조를 이루는 진공단열패널은 피복재 내부의 코어가 고형 재질로 구성되므로 발포성 단열재와 비교하였을 때 단열재 내부 공기 입자의 수축/팽창 현상이 미미하여 열충격 측면에서도 훨씬 유리하고, 제조 과정에서 고압으로 압축하면서 진공화 작업이 수반되므로 근본적으로 기존의 발포성 단열재보다 압축하중에 상당히 강하다. 특히 진공단열패널의 코어로서 흄드 실리카를 사용하는 경우에는 밀도 자체가 다른 발포성 단열재보다 월등히 높으므로 압축강도 측면에서 유리하다.
따라서, 본 발명에 따른 독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템에 따르면, 탱크 구조물 전체를 지지하는 서포트가 내압용기인 압력탱크(10)의 외벽에 연결되지 않고 아우터쉘(60)을 바로 지지하는 것이 가능하며, 따라서 싱글형 IMO C 타입 저장탱크에서 문제시되었던 열교 현상을 방지할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 독립형 액화가스 저장탱크는 기본적으로 싱글형 IMO C 타입 저장탱크의 구조를 취하면서도, 중량의 증가 없이(오히려 중량 감소의 효과가 있음) 압력탱크(10)의 외측에 아우터쉘(60)을 설치하여 이중 구조를 갖추는 것이 가능하고, 따라서 열교 현상을 방지한다는 측면에서 전술한 더블형 IMO C 타입의 장점을 가질 수 있다.
또한, 종래 싱글형 IMO C 타입 저장탱크의 경우 대략 300mm 이상의 단열층을 형성해야 하고, 더블형 IMO C 타입 저장탱크의 경우에는 진공 형성을 위하여 대략 100mm 이상의 중공 구조를 형성해야 하지만, 본 발명에 따르면 블랭킷 레이어(20)로부터 아우터쉘(60)까지 모두 아우르더라도 단열시스템의 전체 두께를 적게는 대략 70mm까지 줄일 수 있으며, 그만큼 액화가스의 적재량을 높일 수 있는 효과가 있다.
이하에서는, 단열시스템을 구성하는 부재들을 유닛화하고 현장에서 조립이 가능하게 하는 본 발명에 따른 독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템의 구조를 보다 상세히 살펴보도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 단열시스템의 일 부분을 구성하는 링 유닛을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 링 유닛을 구성하는 제1 단위모듈을 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명의 제1 단위모듈을 다른 방향에서 바라본 도면이고, 도 6은 본 발명에서 인접하는 제1 단위모듈 간의 연결 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 단열시스템을 구성하는 실린더 유닛을 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명의 실린더 유닛을 구성하는 제2 단위모듈을 나타낸 도면이며, 도 9 내지 도 11은 제1 내지 제4 실린더 유닛의 연결 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 링 유닛 및 실린더 유닛의 설치가 완료된 상태의 본 발명에 따른 독립형 액화가스 저장탱크를 나타낸 도면이고, 도 13은 헤드부에 콘 유닛이 설치된 상태의 본 발명에 따른 독립형 액화가스 저장탱크의 상태를 나타낸 도면이며, 도 14는 본 발명의 콘 유닛을 나타낸 도면이고, 도 15는 콘 유닛의 내외측에 형성되는 단열 구조를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템은, 다수로 분할 제작되는 유닛들이 공장에서 개별 제작된 후 현장에서 압력탱크(10)의 외벽 상에 조립되는 방식으로 시공이 이루어질 수 있다. 본 발명에 따른 단열시스템에서 재킷 형태로 유닛화되는 구성은 크게 링 유닛(100)과 실린더 유닛(200)을 포함할 수 있다.
먼저 도 3을 참조하면, 본 발명의 링 유닛(100)은 전술한 압력탱크(10)의 지지부(12)(도 1 참조)에 설치되는 유닛으로서, 압력탱크(10)에 형성되는 지지부(12)에 대응하는 개수로 마련될 수 있다. 압력탱크(10)의 길이방향을 따라 두 곳에 지지부(12)가 형성되는 본 실시예에서는 탱크당 두 세트(set)의 링 유닛(100)이 마련될 수 있다.
링 유닛(100)은 소정의 폭을 가지는 링(ring) 형태로 제작되어 압력탱크(10)의 둘레에 설치될 수 있는데, 도 3에 도시된 바와 같이 또 다시 분할 제작되는 다수의 제1 단위모듈(110)의 결합에 의해 구성될 수 있다.
링 유닛(100)은 제작 및 설치의 용이성을 위하여 최소 2개 이상의 제1 단위모듈(110)로 분할 제작되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 3개 내지 8개의 제1 단위모듈(110)이 하나의 링 유닛(100)을 구성할 수 있다. 본 실시예에서는 3개의 제1 단위모듈(110)이 하나의 링 유닛(100)을 구성하는 것을 예로 들어 설명한다.
도 4를 참조하면, 링 유닛(100)을 구성하는 하나의 제1 단위모듈(110)에 대한 구체적인 구조를 확인할 수 있다. 제1 단위모듈(110)은 가장 내측면에 위치하여 시공 후 압력탱크(10)와 접촉하게되는 블랭킷(111)으로부터 외측으로 제1 진공단열패널(112), 제2 진공단열패널(113), 솔리드 폴리머(solid polymer, 114) 및 외판(115)이 순차적으로 적층된 형태를 가질 수 있다.
블랭킷(111)은 전술한 블랭킷 레이어(20)(도 2 참조)를 구성하는 부재로서, 글라스 클로스나 합성수지 시트로 마련되거나 또는 발포성 폴리머나 접착제, 접착용 양면 테이프로 마련될 수 있음은 전술한 바 있다.
제1 진공단열패널(112)과 제2 진공단열패널(113)은 각각 제1 진공단열패널층(30)과 제2 진공단열패널층(40)을 구성하는 부재로서 공지된 것을 이용할 수 있다.
솔리드 폴리머(114)는 폴리머층(50)을 구성하는 부재로서 폴리머 계열의 단열재로 구성될 수 있으며, 폴리우레탄과 같은 폴리머를 비발포 성형 또는 발포 성형하여 일정한 형태로 가공한 것일 수 있다.
외판(115)은 아우터쉘(60)을 구성하는 부재로서 금속 또는 강화 플라스틱을 박판 형태로 가공한 것일 수 있다.
상기와 같은 제1 단위모듈(110)의 제작은, 강성을 가지는 외판(115)을 먼저 준비하고 외판(115)의 내측면에 솔리드 폴리머(114), 제2 진공단열패널(113), 제1 진공단열패널(112) 및 블랭킷(111)을 순차적으로 부착시키는 방식으로 이루어질 수 있다.
이때, 제1 단위모듈(110)은 압력탱크(10)의 외주면이 가지는 굴곡된 형상에 대응하여 소정의 각도로 절곡된 형태로 마련될 수 있는데, 이러한 형태로의 제작을 위하여 외판(115)은 다수의 금속판을 용접하여 제작하거나 또는 이에 대응하는 형틀을 이용하면 된다. 도면에는 외판(115)이 각도를 가지면서 절곡된 형태가 도시되어 있으나 매끄러운 곡면을 가지는 형태로 제작될 수도 있음은 물론이다.
외판(115)의 내측에 배치되는 솔리드 폴리머(114) 및 블랭킷(111)은 유연한 소재로서 벤딩(bending)에 문제가 없고, 진공단열패널(112, 113) 역시 외피를 구부려 사용하는 것이 가능하므로, 다른 부재들(111, 112, 113, 114)을 외판(115)의 내측면에 대응되는 형태로 하여 부착시키는 것은 어렵지 않다.
여기서, 솔리드 폴리머(114)는 소정의 두께를 가지는 시트 형태로 가공되어 부착될 수 있음은 물론, 외판(115)의 내측면에 소정의 거리를 두고 제2 진공단열패널(113)을 위치시킨 상태에서 그 사이의 공간에 폴리머를 직접 주입 또는 발포하여 경화시키는 방식으로 형성될 수도 있다. 후자의 경우 솔리드 폴리머(114)는 별도의 접착제를 사용하지 않더라도 자체 접착력에 의해 외판(115) 및 제2 진공단열패널(113)과 고정이 이루어질 수 있다.
제1 진공단열패널(112)과 블랭킷(111)은 별도의 접착제에 의해 각각 제2 진공단열패널(113) 및 제1 진공단열패널(112)의 내측면에 접착 고정될 수 있다.
한편, 제1 단위모듈(110)에서 제1 진공단열패널(112)은 제2 진공단열패널(113)보다 폭이 넓게 제작되어, 제1 진공단열패널(112)의 폭방향 양측부가 제2 진공단열패널(113) 대비 더 돌출되도록 마련될 수 있다. 이는 후술하겠지만 실린더 유닛(200)에서 돌출 형성되는 제2 진공단열패널(213)이 링 유닛(100)의 제1 진공단열패널(112)의 상부에 오버랩(overlap)되도록 배치시킴으로써, 전술한 제1 진공단열패널층(30)과 제2 진공단열패널층(40)의 교차 배치 개념이 구현될 수 있도록 하는 것이다.
제1 진공단열패널(112)의 내측면에 부착되는 블랭킷(111)은 제1 진공단열패널(112)과 동일한 단면적을 가질 수 있고, 최외측에 배치되는 외판(115)은 제2 진공단열패널(113)과 동일한 단면적을 가질 수 있다.
외판(115)의 길이방향을 따른 양측 가장자리에는 서로 인접하는 제1 단위모듈(110)간의 연결을 위한 연결부(116)가 형성될 수 있다. 연결부(116)는 외판(115)의 끝단으로부터 외판(115)의 외측면과 수직한 방향으로 돌출되게 설치될 수 있으며, 연결 부위에서의 구조적 강도를 확보하기 위하여 외판(115) 대비 보다 두꺼운 두께(예컨대, 외판(115)의 두께가 1mm인 경우 연결부(116)의 두께는 5mm)로 형성될 수 있다. 연결부(116)는 외판과 동일한 재질로 마련되어 외판(115)의 양측부에 용접에 의해 연결되거나 또는 외판(115)의 제작시 일체로 형성될 수 있다.
연결부(116)의 일측면에는 서로 인접하는 제1 단위모듈(110)의 연결시 서로 마주하는 연결부(116) 사이에서의 기밀을 수행할 수 있도록 개스킷(117)이 마련될 수 있다. 또한, 연결부(116)에는 볼트가 체결되는 관통홀이 형성될 수 있으며, 도 6에 도시된 바와 같이 서로 마주하는 연결부(116)가 서로 맞대어진 상태에서 관통홀을 통한 볼트/너트 체결에 의해 서로 인접하는 제1 단위모듈(110) 간의 고정이 이루어질 수 있다.
다만, 이러한 연결부(116)의 구성은 선택적인 사항이며, 서로 이웃하는 제1 단위모듈(110)의 외판(115)이 용접 또는 접착 방식으로 연결이 이루어지는 경우(또는 제1 단위모듈(110)이 접하는 구역의 외부에 임시 밀폐 장치를 부착하는 경우)에는 상기한 연결부(116)의 구성이 삭제될 수도 있다(도 3에서는 연결부의 구성을 제외하고 도시하였음). 또한, 다수로 마련되는 제1 단위모듈(110) 모두에 연결부(116)를 마련하는 것이 아니라, 다수의 제1 단위모듈(110) 중에서 구조적 보강이 필요한 영역 또는 탱크 외측에 기타 구조물(예컨대, 크래들(cradle), 파이프 또는 사다리 등의 구조물)의 설치가 요구되는 영역에 배치되는 일부에만 연결부(116)를 마련할 수도 있음은 물론이다.
본 발명에서 서로 이웃하는 제1 단위모듈(110) 간의 연결은 서로 맞대어지는 외판(115)을 볼팅 체결하는 방식, 용접 접합하는 방식, 접착시키는 방식 중 어느 하나의 방식으로 이루어질 수 있으며, 또는 상기 세 가지 방식 중 둘 이상의 방식을 병행하여 이루어질 수 있다.
도 5에는 본 발명의 제1 단위모듈(110)을 내측으로부터 바라본 상태가 도시되어 있다. 참고로 도 5 및 도 6에서는 설명의 편의를 위해 블랭킷(111)과 제1 진공단열패널(112)의 도시는 제외하였다. 또한, 솔리드 폴리머(114)의 구조적 특징을 설명하기 위하여 제2 진공단열패널(113)의 상단(도면에서 볼 때) 일부를 제외하고 도시하였으니 해당 부분이 빈 공간으로 남겨지는 것으로 오해되어서는 안 된다.
도 5를 참조하면, 본 발명에서 솔리드 폴리머(114)는 길이방향을 따른 양측부가 외판(115)의 가장자리를 일부 비워둔 상태로 배치되고, 솔리드 폴리머(114)의 폭방향을 따른 적어도 어느 일측부도 외판(115)의 가장자리를 일부 비워둔 상태로 배치될 수 있다.
즉, 솔리드 폴리머(114)는 외판(115)의 단면보다 작은 단면적을 가질 수 있으며, 길이방향을 따른 양측부가 모두 외판(115)의 길이방향 가장자리까지 연장되지 않고, 폭방향을 따른 적어도 어느 일측부는 외판(115)의 폭방향 가장자리까지 연장되지 않는다.
이는 서로 인접하는 제1 단위모듈(110) 간의 결합시 그리고 후술하는 바와 같이 링 유닛(100)과 실린더 유닛(200)의 결합시 서로 이웃하게 배치되는 솔리머 폴리머(114, 214) 사이에 액상 폴리머의 주입을 위한 통로를 형성하기 위함이다.
따라서, 제1 단위모듈(110)의 폭방향에 대하여 솔리드 유닛(200)과 연결되지 않는 다른 일측부에서는 솔리드 폴리머(114)가 외판(115)의 끝단 가장자리와 일치하도록 배치되어도 무방하다(도 4 참조).
도 6을 참조하면, 서로 연결되는 제1 단위모듈(110) 사이에는 연결 부위의 아래에 솔리드 폴리머(114) 사이의 형성되는 공간에 의해 통로(P)가 형성됨을 알 수 있다. 이러한 통로(P)는 제1 단위모듈(110)의 폭방향 일측부와 후술하는 실린더 유닛(200)의 길이방향 일측부가 연결되는 부위에도 유사한 방식으로 형성된다.
즉, 솔리드 폴리머(114)의 길이방향 양측부에 형성되는 홈은 제1 단위모듈(110) 간의 연결 부위에 통로(P)를 형성하고, 솔리드 폴리머(114)의 폭방향 일측부에 형성되는 홈은 링 유닛(100)과 실린더 유닛(200) 간의 연결 부위에 통로를 형성하게 된다.
이러한 통로를 따라서 액상의 폴리머가 주입되어 경화될 수 있으며, 주입후 경화되는 액상 폴리머에 의해 부재 간의 연결 부위에 견고하고 기밀한 구조가 형성될 수 있다. 이에 대해서는 뒤에서 더 자세히 설명하도록 한다.
다음으로 도 7을 참조하면, 본 발명의 실린더 유닛(200)은 전술한 압력탱크(10)의 실린더부(11)(도 1 참조)에 설치되는 유닛으로서, 압력탱크(10)에 형성되는 실린더부(11)에 대응하는 개수로 마련될 수 있다. 두 세트의 링 유닛(100)이 마련되는 본 실시예에서는 탱크당 한 세트의 실린더 유닛(200)이 마련될 수 있다.
실린더 유닛(200)은 원통 형태로 제작되어 서로 이격 설치되는 링 유닛(100) 사이에서 압력탱크(100)의 둘레에 설치될 수 있다.
실린더 유닛(200)은 제작 및 설치의 용이성을 위하여 적어도 2 이상의 유닛으로 분할 제작될 수 있으며, 본 실시예에서는 실린더 유닛(200)이 네 개의 유닛(200a, 200b, 200c, 200d)으로 분할 제작되는 것을 바람직한 실시예로 제시한다.
또한, 각각의 분할 실린더 유닛(200a, 200b, 200c, 200d)은 다시 2개 이상의 제2 단위모듈(210)로 분할 제작되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 4개 내지 8개의 제2 단위모듈(210)이 하나의 분할 실린더 유닛(200a, 200b, 200c, 200d)을 구성할 수 있다. 본 실시예에서는 4개의 제2 단위모듈(210)이 하나의 분할 실린더 유닛(200a, 200b, 200c, 200d)을 구성하는 것을 예로 들어 설명한다.
도 8을 참조하면, 분할 실린더 유닛(200a, 200b, 200c, 200d)을 구성하는 하나의 제2 단위모듈(210)의 구체적인 구조를 확인할 수 있다. 제2 단위모듈(210)은 가장 내측면에 위치하여 시공 후 탱크와 접촉하게되는 블랭킷(211)으로부터 외측으로 제1 진공단열패널(212), 제2 진공단열패널(213), 솔리드 폴리머(214) 및 외판(215)이 순차적으로 적층된 형태를 가질 수 있다.
제2 단위모듈(210)을 구성하는 요소(211 ~ 215)들은 제1 단위모듈(110)을 구성하는 요소(111 ~ 115)들과 동일한 소재로 마련될 수 있으며, 기능 및 제작 방식은 동일하게 적용되므로 중복되는 설명은 생략한다.
제2 단위모듈(210)의 블랭킷(211)은 전술한 제1 단위모듈(110)의 블랭킷(111)과 함께 블랭킷 레이어(20)(도 2 참조)를 형성하고, 유사하게 제2 단위모듈(210)의 제1 진공단열패널(212)은 제1 단위모듈(110)의 제1 진공단열패널(112)과 함께 제1 진공단열패널층(30)을 형성하며, 제2 단위모듈(210)의 제2 진공단열패널(213)은 제1 단위모듈(110)의 제2 진공단열패널(113)과 함께 제2 진공단열패널층(40)을 형성한다. 또한, 제1 및 제2 단위모듈(110, 210)의 솔리드 폴리머(114, 214)과 함께 폴리머층(50)을 형성하고, 제1 및 제2 단위모듈(110, 210)의 외판(115, 215)과 함께 아우터쉘(60)을 형성한다.
따라서, 제1 단위모듈(110) 및 제2 단위모듈(210)에서 동일한 층을 형성하는 구성요소들은 동일한 소재로 마련될 수 있고 또 동일한 두께를 가질 수 있다. 다만, 실린더 유닛(200)이 링 유닛(100)과는 다른 형상으로 제작됨에 따라, 이들을 구성하는 제2 단위모듈(210)과 제1 단위모듈(110)도 이에 대응하여 형태적인 차이점을 가질 뿐이다.
이하, 제2 단위모듈(210)이 제1 단위모듈(110)과 가지는 형태적 차이점을 살펴본다.
먼저, 제2 단위모듈(210)의 제2 진공단열패널(213)은 제1 진공단열패널(212)보다 길이가 더 길게 제작되어 제1 진공단열패널(212)의 길이방향 양 측으로 돌출되게 배치될 수 있다. 이는 제2 단위모듈(210)의 제2 진공단열패널(213)을 앞서 설명한 링 유닛(100)에서 돌출되는 제1 진공단열패널(112)의 상부에 오버랩하여 배치시키기 위함이다.
또한, 이러한 교차 배치의 개념이 제2 단위모듈(210)의 폭방향을 따라서도 적용될 수 있도록, 제2 단위모듈(210)에서 제1 진공단열패널(212)과 제2 진공단열패널(213)은 폭방향을 따른 가장자리가 서로 어긋나게 배치될 수 있다.
구체적으로, 도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 분할 실린더 유닛(200a, 200b, 200c, 200d)을 구성하는 각각의 제2 단위모듈(210)은 제1 진공단열패널(212)이 제2 진공단열패널(213) 대비 폭방향을 따라 소정의 거리만큼 이동 배치되어 가장자리가 일치하지 않도록 배치될 수 있다.
이때, 도 9에 도시된 바와 같이, 제일 먼저 설치가 이루어지는 제1 분할 실린더 유닛(200a)에서 일측에 배치되는 제2 단위모듈(210')은 제1 진공단열패널(212)의 폭방향 너비(d1)가 다른 유닛(210)에 마련되는 제1 진공단열패널(212)의 너비(d)보다 크게 제작될 수 있으며, 따라서 제1 진공단열패널(212)의 폭방향 가장자리가 제2 진공단열패널(213)의 양측으로 모두 돌출되게 형성될 수 있다.
또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 제일 마지막에 설치가 이루어지는 제4 분할 실린더 유닛(200d)의 타측에 배치되는 제2 단위모듈(210'')은 제1 진공단열패널(212)의 폭방향 너비(d2)가 다른 유닛(210)에 마련되는 제1 진공단열패널(212)의 너비(d)보다 작게 제작될 수 있으며, 따라서 여기에서는 제2 진공단열패널(213)의 폭방향 가장자리가 제1 진공단열패널(212)의 양측으로 모두 돌출되게 형성될 수 있다.
즉, 도 9에 도시된 제1 분할 실린더 유닛(200a)이 압력탱크(10)의 외벽 상에 제일 먼저 설치되고, 다음으로 도 10에 도시된 제2 분할 실린더 유닛(200b)이 제1 실린더 유닛(200a)의 타측부에 돌출 형성되는 제1 진공단열패널(212)에 오버랩되도록 설치되며, 마찬가지로 도 10에 도시된 제3 분할 실린더 유닛(200c)이 제2 실린더 유닛(200b)의 타측부에 돌출 형성되는 제1 진공단열패널(212)에 오버랩되도록 설치된 후, 도 11에 도시된 제4 실린더 유닛(200d)이 제3 실린더 유닛(200c)의 타측부에 돌출 형성되는 제1 진공단열패널(212) 및 제1 실린더 유닛(200a)의 일측부에 돌출 형성되는 제1 진공단열패널(212)에 오버랩되도록 설치될 수 있다.
이와 같이, 제2 단위모듈(210)의 길이방향을 따른 제2 진공단열패널(213)의 양측부가 링 유닛(100)에 마련되는 제1 단위모듈(210)의 폭방향을 따른 제1 진공단열패널(112)의 상부에 오버랩되도록 설치되고, 제2 단위모듈(210)의 폭방향을 따른 제2 진공단열패널(213)은 인접하는 다른 제2 단위모듈(210)의 제1 진공단열패널(212)의 상부에 오버랩되도록 설치됨으로써, 전술한 1차 진공단열패널층(30)과 2차 진공단열패널층(40) 간의 교차 배치 개념이 구현될 수 있다.
한편, 앞에서 살펴본 도 4에서 제1 단위모듈(110)은 길이방향을 따른 제1 진공단열패널(112)과 제2 진공단열패널(113)의 수직 가장자리 위치가 서로 일치하도록 배치되는 것이 도시되어 있으나, 제2 단위모듈(210)에서와 유사하게 제1 단위모듈(110)에서도 제1 진공단열패널(112)을 제2 진공단열패널(113)에 대하여 길이방향을 따라 소정의 거리만큼 이동 배치시킴으로써, 제1 단위모듈(110)의 길이방향에 대해서도 교차 배치 개념을 적용할 수도 있음은 물론이다.
다시 도 8을 참조하면, 제2 단위모듈(210)에서 솔리드 폴리머(214)는 길이방향을 따른 양측부 및 폭방향을 따른 양측부가 모두 외판(215)의 가장자리를 일부 비워둔 상태로 배치될 수 있다. 즉, 솔리드 폴리머(214)는 외판(215)보다 길이 및 너비가 모두 작게 제작될 수 있다.
이는 제2 단위모듈(210)은 폭방향을 따른 양측부에 다른 제2 단위모듈(210)이 인접하게 배치되고, 길이방향을 따른 양측부에는 전술한 제1 단위모듈(110)이 배치되기 때문에, 이들 연결 부위에 액상 폴리머를 주입할 수 있는 통로가 모두 형성될 수 있도록 솔리드 폴리머(214)의 사방으로 홈을 형성하는 것이다.
따라서, 제2 단위모듈(210)에 마련되는 솔리드 폴리머(214)의 폭방향 양 측부에 형성되는 홈은 제2 단위모듈(210) 간의 연결 부위에 통로를 형성하고, 솔리드 폴리머(214)의 길이방향 양측부에 형성되는 홈은 링 유닛(100)과 실린더 유닛(200) 간의 연결 부위에 통로를 형성하게 된다.
이러한 통로를 따라서는 액상의 폴리머가 주입되어 경화될 수 있으며, 주입 후 경화되는 액상 폴리머에 의해 부재 간의 연결 부위에 견고하고 기밀한 구조가 형성될 수 있다.
한편, 도 8에는 제2 단위모듈(210) 간의 연결을 위한 연결부의 구성을 도시하지 않았으나, 외판(215)의 폭방향을 따른 양측 가장자리에 제1 단위모듈(110)의 연결부(116)와 유사한 형태로 연결부가 마련될 수 있다.
다만, 제2 단위모듈(210)에서도 연결부의 구성은 선택적 사항이며, 다수의 제2 단위모듈(210) 중 필요에 의한 일부 제2 단위모듈(210)에만 연결부를 마련하는 것도 가능하다. 예를 들어, 분할 실린더 유닛(200a, 200b, 200c, 200d)이 서로 연결되는 지점에만 연결부를 마련하여 구조적 보강을 할 수도 있다. 즉, 각각의 분할 실린더 유닛(200a, 200b, 200c, 200d)에서 가장 최외측에 배치되는 제2 단위모듈(210)의 일측 가장자리에만 연결부를 마련할 수 있다. 또한, 탱크 외측에 기타 구조물의 설치가 요구되는 영역에 배치되는 일부 제2 단위모듈(210)에만 연결부를 마련할 수 있음도 물론이다.
즉, 제1 단위모듈(110)에서 설명한 바와 마찬가지로, 서로 이웃하는 제2 단위모듈(210) 간의 연결은 서로 맞대어지는 외판(215)을 볼팅 체결하는 방식, 용접 접합하는 방식, 접착시키는 방식 중 어느 하나의 방식으로 이루어질 수 있으며, 또는 상기 세 가지 방식 중 둘 이상의 방식을 병행하여 이루어질 수 있다.
또한, 링 유닛(100)과 실린더 유닛(200)을 상호 연결함에 있어서, 링 유닛(100)을 구성하는 제1 단위모듈(110)과 실린더 유닛(200)을 구성하는 제2 단위모듈(210) 간의 연결도 마찬가지로 볼팅 방식, 용접 방식, 접착 방식 중 어느 하나 이상의 방식으로 이루어질 수 있다.
한편, 지금까지 도 3 내지 도 11을 참조하여 설명된 구조에서는, 블랭킷(111, 211)과 제1 진공단열패널(112, 212), 제2 진공단열패널(113, 213), 솔리드 폴리머(114, 214) 및 외판(115, 215)을 모두 포함하여 하나의 단위모듈(110, 210)이 제작되는 것을 바람직한 실시예로 들어 설명하였으나, 이들 구성요소들 중의 일부만을 모듈화하는 것도 가능함은 물론이다.
예를 들어, 압력탱크(10)의 외측면에 블랭킷 레이어(20)를 설치하는 작업이 별도로 이루어지고, 제1 진공단열패널(112, 212)과 제2 진공단열패널(113, 213), 솔리드 폴리머(114, 214) 및 외판(115, 215)을 하나의 단위모듈(110, 210)로 유닛화하여 조립하는 방식도 가능하다.
또한, 비교적 안 쪽에 배치되는 제1 진공단열패널(112, 212) 간의 배열이 촘촘히 이루어는지를 육안으로 확인 가능하게 하기 위하여, 블랭킷 레이어(20)의 외측에 제1 진공단열패널(112, 212)의 설치까지 별도로 이루어지고, 제2 진공단열패널(113, 213)과 솔리드 폴리머(114, 214) 및 외판(115, 215)만을 하나의 단위모듈(110, 210)로 유닛화하여 조립하는 방식도 가능할 것이다.
도 12에는 본 발명에 따른 독립형 액화가스 저장탱크에 링 유닛(100) 및 실린더 유닛(200)의 설치가 완료된 상태가 도시되어 있다.
본 발명에 따른 단열시스템의 시공 순서는 링 유닛(100)의 설치에서부터 시작될 수 있다. 물론 실린더 유닛(200)의 설치가 선행되는 것도 가능(이 경우에는 링 유닛의 일측부가 실린더 유닛의 하단 돌출부를 오버랩하도록 구조 변경될 수 있음)하나, 본 발명에서 링 유닛(100)이 실린더 유닛(200)의 길이방향을 따른 양 끝단을 잡아주는 역할을 하기 때문에, 링 유닛(100)이 먼저 설치되는 것이 이후 실린더 유닛(200)의 설치시 작업 안정성을 높여줄 수 있다.
이때, 링 유닛(100)은 다수의 제1 단위모듈(110)이 선결합되어 링 형태의 유닛으로 제작이 완료된 후 압력탱크(10)를 링 유닛(100)에 끼워넣는 방식으로 설치가 이루어질 수도 있고, 또는 압력탱크(10)의 외벽 상에서 제1 단위모듈(110)을 순차적으로 결합시키는 방식으로 설치가 이루어질 수도 있다.
링 유닛(100)의 설치가 완료된 후 실린더 유닛(200)이 링 유닛(100) 사이에 설치될 수 있다. 실린더 유닛(200)은 길이방향 양측부가 링 유닛(100)에서 돌출되는 부분(112: 제1 진공단열패널)에 오버랩되도록 설치되며, 실린더 유닛(200)의 외판(215)과 링 유닛(100)의 외판(115)은 서로 용접에 의해 연결될 수 있다. 또한, 링 유닛(100)을 구성하는 제1 단위모듈(110)의 폭방향 양측 가장자리와 실린더 유닛(200)을 구성하는 제2 단위모듈(210)의 길이방향 양측 가장자리에 전술한 연결부를 마련하여 용접 방식이 아닌 볼팅 방식으로 결합시킬 수 있음도 물론이다.
이때, 실린더 유닛(200)은 분할 제작되는 4개의 유닛(200a, 200b, 200c, 200d)이 각각 먼저 설치되는 유닛의 단부를 오버랩하도록 순차적으로 설치될 수 있음은 도 9 내지 도 11을 참조하여 설명한 바 있다.
한편, 기존 공법으로 본 발명과 같은 모듈러(modular) 방식이 적용되지 못하였던 이유 중의 하나는 모듈 간의 연결 부위에서의 기밀 파손 현상 때문이었다. 즉, 본 발명에서와 같이 단열시스템을 구성하는 부재들을 재킷 형태로 유닛화하여 조립시키는 경우에는 각 부재 간의 연결 부위에서 기밀이 파손되는 문제가 발생할 우려가 있다.
그러나, 본 발명은 재킷 형태로 유닛화된 부재 간의 연결 부위에 의도적으로 통로를 형성하고 이들 통로에 액상의 폴리머를 주입 및 경화시켜 견고한 접합 및 완벽한 기밀 구조의 구현이 가능하게 함으로써, 상기와 같은 문제점을 해결하고 궁극적으로는 모듈러 방식의 시공이 가능한 단열시스템을 제공한다.
구체적으로, 도 12를 참조하면, 압력탱크(10)의 외측면에 링 유닛(100) 및 실린더 유닛(200)의 설치가 완료된 상태에서, 제1 단위유닛(110) 및 제2 단위유닛(210)들의 연결 부위에는 전술한 바와 같이 솔리드 폴리머(114, 214)의 일측부 또는 양측부에 형성되는 홈에 의해 서로 이웃하는 솔리드 폴리머(114, 214)가 간격을 가지면서 배치되고, 이들 간격에 의해 통로(굵은선 표시)가 형성된다.
이와 같이 굵은 선으로 표시된 통로를 따라 액상 폴리머가 주입될 수 있으며, 주입된 액상 폴리머가 경화되는 과정에서 자체 접착력 및 조밀한 구조에 의해 서로 이웃하는 부재 간의 견고한 접합 및 완벽한 기밀이 구현될 수 있다.
이때, 상기 통로로 주입되는 액상 폴리머는 솔리드 폴리머(114, 214)의 내측에 배치되는 진공단열패널들(112, 113, 212, 213) 사이의 틈으로도 흘러 들어갈 수 있으며, 진공단열패널들(112, 113, 212, 213) 사이에 채워진 상태에서 경화시 발생하는 팽창 압력으로 매우 기밀한 구조의 구현이 가능함은 전술한 바 있다.
또한, 상기 통로로 주입하는 물질로서 액상 폴리머와 같이 경화시 공기 차단성이 뛰어난 클로즈드셀(closed cell) 소재를 사용하면, 진공단열패널의 공기 출입이 더욱 확실하게 차단되어 장시간 사용시에도 진공단열패널의 진공도가 반영구적으로 유지되는 효과도 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 독립형 액화가스 저장탱크는, 압력탱크(10)의 지지부(12) 및 실린더부(11)에서의 단열시스템이 다수의 제1 단위모듈(110) 및 제2 단위모듈(210) 간의 연결에 의해 이루어지며, 이들 연결 부위에 의도적으로 통로를 형성하고 액상 폴리머를 주입 및 경화시킴으로써 견고하고 기밀한 구조가 형성될 수 있다.
이때, 단열시스템의 더욱더 완벽한 기밀 형성이 가능하게 하기 위하여 단열층 내부에 진공을 형성하는 방법이 추가적으로 고려될 수 있다. 구체적으로는, 단열시스템 시공 과정에서 단열층의 내측으로 관통 삽입되는 관통구(예컨대, 파이프)를 포함하도록 구성한 다음, 단열시스템의 시공이 완료된 후 상기 관통구를 통해 단열층 내부에 존재하는 공기를 빼내어 진공을 형성할 수 있다. 여기서 단열층 내부에 존재하는 공기란 본 발명의 단열시스템이 다수의 단위모듈(110, 210)로 유닛화됨에 따라 이들 구성요소들 사이의 틈에 존재하는 공기를 의미하며, 상기 관통구는 블랭킷 레이어(20)에 존재하는 공기까지 뽑아낼 수 있도록 위치할 수 있다.
앞에서 종래 더블형 IMO C 타입 저장탱크의 경우 내부탱크와 외부탱크 사이에 형성되는 진공압을 견디기 위하여 외부탱크가 10 ~ 20mm의 두꺼운 철판을 사용해야 함을 설명한 바 있으나, 본 발명에서 압력탱크(10)와 아우터쉘(60) 사이에 진공을 형성한다 하더라도 이는 기존의 더블형 타입에서와 같이 넓은 공간에 대한 진공을 형성하는 것이 아니고 대부분 진공단열패널들로 채워진 단열층 내부에서 미세한 부분에 대하여만 진공을 형성하는 것이기 때문에, 더블형 타입에서와 같이 진공압에 대한 엄격한 조건이 요구되지 않는다.
또한, 본 발명에서는 폴리머층(50)과 아우터쉘(60)의 복합 작용에 의해 충분한 구조적인 강도를 가질 수 있기 때문에, 압력탱크(10)와 아우터쉘(60) 사이의 공간에 진공을 형성한다 하더라도 아우터쉘(60)의 두께를 약 1 ~ 2mm 가량의 얇은 박판으로 제작하는 것이 여전히 가능하다.
이러한 단열층의 진공 작업은 후술하는 콘 유닛(300)의 설치 이후에 이루어질 수 있으며, 단열층의 진공 형성시 본 발명에 따른 단열시스템은 완벽한 기밀이 형성되어 단열성능이 종래 기술과는 비교할 수 없을 정도로 향상될 수 있다.
본 발명이 적용되는 압력탱크(10)는 지지부(12) 및 실린더부(11)가 원통 형태를 가지기 때문에 이에 설치되는 부재들을 2차원적으로 가공하여 설치하는 것이 용이하다. 즉, 압력탱크의 지지부(12) 및 실린더부(11)에는 앞서 살펴본 바와 같이 비교적 단순한 구조의 링 유닛(100)과 실린더 유닛(200)을 설치할 수 있다. 그러나, 압력탱크(10)에서 대략 반구 형태를 가지는 헤드부(13)에 전술한 링 유닛(100) 또는 실린더 유닛(200)과 비슷한 형태의 단열 구조를 구현하기 위해서는 3차원적 가공이 이루어져야 하는데 이것이 쉽지 않다.
이에 본 발명은 압력탱크(10)의 헤드부(13)에도 용이한 시공이 가능한 단열시스템을 제공하고자 하며, 이하에서는 압력탱크(10)의 헤드부(13)에 시공되는 단열시스템의 구조에 대하여 살펴본다.
압력탱크(10)에서 3차원 곡면을 가지는 헤드부(13)에는 전술한 방식과는 다소한 상이한 방식으로 단열시스템이 구성될 수 있다. 구체적으로, 압력탱크(10)에 링 유닛(100) 및 실린더 유닛(200)의 설치가 완료되면, 도 13에 도시된 바와 같이 압력탱크(10)의 헤드부(13) 전체를 덮을 수 있도록 제작된 콘 유닛(300)을 설치하고 콘 유닛(300)의 내외측에 단열 시공이 이루어질 수 있다.
콘 유닛(300)은 단열시스템을 구성하는 부재들이 설치될 부위를 최대한 평면 형태를 제공하기 위한 구조물로서, 압력탱크(10)의 헤드부(13) 전체에 덮어 씌워지며 링 유닛(100)의 외판(115)에 용접되어 고정될 수 있다.
일례로, 콘 유닛(300)은, 도 14에 도시된 바와 같이 링 유닛(100)의 절곡된 부위에 대응하도록 다각형의 단면을 가지는 구조물이 탱크의 외측 방향으로 갈수록 단면적이 줄어드는 형태로 제작될 수 있다. 그러나 이는 본 발명이 제시하는 일 실시예에 불과할 뿐 콘 유닛(300)의 형태가 이에 한정되는 것은 아니다. 콘 유닛(300)의 단면을 사각형 또는 기타 단순 형상으로 제작하고 콘 유닛(300)의 입구부와 링 유닛(100) 사이에 추가적인 기밀 구조를 형성하는 것도 가능함은 물론이다.
도 13 및 도 15를 참조하면, 압력탱크(10)의 헤드부(13)에 설치되는 콘 유닛(300)과 압력탱크(10) 사이에는 중공의 공간(S)이 형성되는데, 해당 공간(S)에는 펄라이트나 글라스울 등의 단열재를 채우거나 폴리우레탄 폼과 같은 발포성 폴리머를 충진할 수도 있다. 또는 헤드부(13)에서만 압력탱크(10)와 콘 유닛(300) 사이에 진공을 형성할 수도 있다.
콘 유닛(300)의 외측면에는 추가 단열층(310)과 추가 단열층(310)을 마감하는 보호층(320)이 설치될 수 있다.
추가 단열층(310)은 다른 구역에서와 유사하게 진공단열패널을 콘 유닛(300)의 외측면에 부착하여 형성되거나, 폴리우레탄 폼과 같은 발포성 폴리머를 패널 형태로 가공하여 부착하는 방식 또는 발포성 폴리머를 직접 분사하여 발포 및 경화시키는 방식으로 형성될 수 있다.
추가 단열층(310)이 진공단열패널로 구성되는 경우에는 콘 유닛(300)의 내측에서 이미 1차적인 단열이 수행되고 있으므로 진공단열패널은 단일층으로 구성되어도 충분할 수 있다. 이때 본 발명에서 콘 유닛(300)은 외측면이 최대한 평면 형태를 가지므로 진공단열패널은 1차원적인 시트 형상 또는 최대 2차원적으로 구부린 형태를 가지면 충분하고, 따라서 콘 유닛(300) 상에 진공단열패널을 설치하는 것이 매우 용이해진다.
추가 단열층(310)을 발포성 단열재를 분사하는 방식으로 형성하는 경우에는, 콘 유닛(300)의 형상을 최대한 평면 형태로 가져갈 필요가 없을 수도 있다.
보호층(300)은 UV 또는 해수에 노출되는 것을 방지하기 위하여 추가 단열층(310)의 외면을 피복하여 마감하는 층으로서, 폴리우레아(polyurea)와 같은 폴리머 계열의 피복재를 코팅하여 형성되거나 스테인레스강, 알루미늄 등의 금속시트 또는 섬유강화 플라스틱과 같은 복합소재를 박막으로 하여 추가 단열층(310)의 외면에 접착 방식으로 고정될 수 있다.
한편, 도 13 내지 도 15를 참조하여 설명되는 압력탱크(10)의 헤드부(13)에 적용되는 단열시스템의 구조는, 실린더부(11)의 상측에 설치되는 돔(미도시) 구조물과 같이 압력탱크(10)의 외측면에 3차원적 형상을 가지면서 돌출되는 구조물에도 적용될 수 있다. 예를 들어, 전술한 콘 유닛(300)을 돔 구조물에 대응하는 크기로 제작하여 돔 구조물에 덮어 씌운 후 내외측에 단열 시공을 할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템은, 단열성능이 월등이 우수하고 극저온에서의 치수 안정성이 뛰어난 진공단열패널을 기반으로 하여 기존 대비 단열층의 획기적인 두께 감소가 가능하고 이를 통하여 액화가스의 적재 효율을 증대시키는 효과가 있다.
본 발명에 따른 독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템은, 압축하중에 강한 진공단열패널의 특성을 이용하여 탱크 구조물을 지지하는 서포트가 압력탱크가 아닌 아우터쉘을 바로 지지하는 것이 가능하다. 따라서 서포트를 통한 열교 현상이 발생하지 않는 더블형 구조의 장점을 구현하는 것이 가능하고, 이때 아우터쉘은 진공압을 견뎌야 하는 중(重) 구조로 제작될 필요 없이 피복 개념의 경량 구조로 제작 가능하므로 획기적인 경량화가 가능하다.
본 발명은 단열시스템을 구성하는 부재들을 재킷 형태로 유닛화하고 현장에서 조립되는 방식으로 시공이 가능한 독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템을 제공함으로써, 간편한 설치가 가능하여 시공성이 극대화되고 월등한 공기 단축 및 공정 간소화의 효과가 있다.
또한, 본 발명은 재킷 형태로 유닛화되는 부재들 간의 연결 부위에 의도적으로 홈을 가공하고, 이들 홈에 의해 형성되는 통로에 액상 폴리머를 주입하여 경화시킴으로써 부재들 간의 견고한 접합 및 완벽한 기밀 구조의 구현이 가능하다.
이때, 부재들 간의 연결 부위에 주입되는 액상 폴리머는 단열시스템 내측에 설치되는 진공단열패널들 사이로 흘러들어가 팽창됨으로써 더욱 기밀한 구조의 구현이 가능하고, 진공단열패널의 공기 출입을 더욱 확실하게 차단하여 장기간 사용시에도 진공도가 반영구적으로 유지되는 효과도 있다.
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.
10: 압력탱크
11: 실린더부
12: 지지부
13: 헤드부
20: 블랭킷 레이어
30: 제1 진공단열패널층
40: 제2 진공단열패널층
50: 폴리머층
60: 아우터쉘
100: 링 유닛
110: 제1 단위모듈
111: 블랭킷
112: 제1 진공단열패널
113: 제2 진공단열패널
114: 솔리드 폴리머
115: 외판
200: 실린더 유닛
200a: 제1 분할 실린더 유닛
200b: 제2 분할 실린더 유닛
200c: 제3 분할 실린더 유닛
200d: 제4 분할 실린더 유닛
210: 제2 단위모듈
211: 블랭킷
212: 제1 진공단열패널
213: 제2 진공단열패널
214: 솔리드 폴리머
215: 외판
300: 콘 유닛
310: 추가 단열층
320: 보호층

Claims (23)

  1. 내부에 액화가스가 저장되는 탱크의 외측으로 진공단열패널층, 폴리머층 및 아우터쉘이 순차적으로 둘러싸인 구조의 독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템에 있어서,
    상기 진공 단열패널층, 상기 폴리머층 및 상기 아우터쉘 중 적어도 하나 이상은 재킷 형태로 유닛화되어 상기 탱크의 외벽 상에서 조립되는 방식으로 시공되는 것을 특징으로 하는,
    독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    외판과 상기 외판의 내측면에 부착되는 솔리드 폴리머를 포함하도록 분할 제작되는 다수의 단위모듈을 포함하고,
    상기 다수의 단위모듈의 조립에 의해, 다수의 상기 솔리드 폴리머가 인접하게 배치되어 상기 폴리머층을 형성하고, 다수의 상기 외판이 연속적으로 연결되어 상기 아우터쉘을 형성하는 것을 특징으로 하는,
    독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 다수의 단위모듈의 조립시, 서로 이웃하는 상기 외판이 연결되는 부위의 하측부에 의도적으로 통로를 형성하고, 상기 통로에 액상 폴리머를 주입하여 경화시킴으로써, 상기 단위모듈 간의 연결 부위에 기밀을 형성하는 것을 특징으로 하는,
    독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 통로는 서로 이웃하는 상기 솔리드 폴리머가 간격을 가지면서 배치됨에 따라 상기 간격에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는,
    독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 탱크와 상기 아우터쉘 사이의 공간은 진공을 조성하는 것을 특징으로 하는,
    독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 외판은 금속 또는 강화 플라스틱 소재로 제작되며,
    서로 이웃하는 상기 외판은 용접 또는 접착 또는 볼팅 체결 방식 중 적어도 어느 하나의 방식으로 결합되는 것을 특징으로 하는,
    독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 탱크의 외부 표면과 상기 진공단열패널층 사이에 배치되는 블랭킷 레이어를 더 포함하고,
    상기 블랭킷 레이어는 글라스울이나 합성수지 중 어느 하나의 소재로 구성되는 시트층 또는 접착물질로 구성되는 접착층인 것을 특징으로 하는,
    독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 진공단열패널층은, 상기 블랭킷 레이어의 외측에 배치되는 제1 진공단열패널층과, 상기 제1 진공단열패널층과 상기 폴리머층 사이에 배치되는 제2 진공단열패널층을 포함하여 복수의 층으로 구성되고,
    상기 제1 진공단열패널층은 다수의 제1 진공단열패널들이 연속적으로 배열되어 형성되고, 상기 제2 진공단열패널층은 다수의 제2 진공단열패널들이 연속적으로 배열되어 형성되는 것을 특징으로 하는,
    독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 진공단열패널과 상기 제2 진공단열패널은 수직 방향 가장자리가 서로 어긋나도록 교차 배치되는 것을 특징으로 하는,
    독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 단위모듈은, 상기 제1 진공단열패널과 상기 제2 진공단열패널 중 적어도 상기 제2 진공단열패널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 다수의 단위모듈의 조립시, 상기 제2 진공단열패널의 가장자리가 상기 제1 진공단열패널의 가장자리 상부에 오버랩되도록 배치되는 것을 특징으로 하는,
    독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 단위모듈은, 상기 제1 진공단열패널과 상기 제1 진공단열패널의 내측면에 부착되는 블랭킷을 더 포함하고,
    상기 다수의 단위모듈의 조립에 의해, 다수의 상기 블랭킷이 인접하게 배치되어 상기 블랭킷 레이어를 형성하는 것을 특징으로 하는,
    독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 블랭킷은 글라스 클라스(glass cloth), 합성수지(synthetic resin) 시트, 접착제 및 접착용 양면 테이프 중 어느 하나로 마련되는 것을 특징으로 하는,
    독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 탱크에서 서포트에 의해 지지되는 2 이상의 지지부;
    상기 탱크에서 상기 지지부 사이에 형성되는 실린더부;
    적어도 2 이상의 상기 단위모듈의 결합에 의해 링 형태로 제작되어 상기 지지부의 둘레에 설치되는 링 유닛; 및
    적어도 2 이상의 상기 단위모듈의 결합에 의해 원통 형태로 제작되어 상기 실린더부의 둘레에 설치되는 실린더 유닛을 더 포함하는,
    독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 링 유닛은, 일체로 제작이 완료된 후 상기 탱크를 상기 링 유닛에 끼워넣는 방식으로 설치되거나, 또는 2 이상의 상기 단위모듈을 상기 지지부 상에서 순차적으로 조립하는 방식으로 설치되는 것을 특징으로 하는,
    독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 실린더 유닛의 길이방향을 따른 양측 끝단은 상기 링 유닛에 연결되는 것을 특징으로 하는,
    독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 링 유닛 및 상기 실린더 유닛의 연결 부위에는, 상기 링 유닛을 구성하는 상기 단위모듈과 상기 실린더 유닛을 구성하는 상기 단위모듈에 각각 마련되는 상기 솔리드 폴리머 간의 간격에 의해 통로가 형성되고, 상기 링 유닛 및 상기 실린더 유닛의 설치 이후 상기 통로에 액상 폴리머를 주입하여 경화시킴으로써, 상기 링 유닛과 상기 실린더 유닛의 연결 부위에 기밀을 형성하는 것을 특징으로 하는,
    독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 탱크에서 상기 지지부로부터 상기 탱크의 길이방향 양측 끝단 사이에 형성되는 헤드부; 및
    상기 탱크의 외측면과의 사이에 공간을 형성하면서 상기 헤드부를 덮어씌우도록 설치되고, 일측부가 상기 링 유닛에 연결되어 고정되는 콘 유닛을 더 포함하고,
    상기 탱크와 상기 콘 유닛 사이에 형성되는 공간 및 상기 콘 유닛의 외측면에 단열 시공이 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 탱크와 상기 콘 유닛 사이에는 펄라이트, 글라스울 및 발포성 폴리머 중 어느 하나의 단열재를 충진하거나 진공을 형성하고,
    상기 콘 유닛의 외측면에는 진공단열패널 또는 발포성 폴리머로 추가 단열층을 시공하고, 상기 추가 단열층의 외측면에 UV 차단용 보호층을 형성하는 것을 특징으로 하는,
    독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  20. 독립형 탱크의 외측으로 블랭킷 레이어, 진공단열패널층, 폴리머층 및 아우터쉘이 순차적으로 둘러싸인 구조의 독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템에 있어서,
    상기 블랭킷 레이어의 외측에 부착되며 상기 진공단열패널층을 구성하는 진공단열패널과, 상기 진공단열패널의 외측에 부착되며 상기 폴리머층을 구성하는 솔리드 폴리머와, 상기 솔리드 폴리머의 외측에 부착되는 외판을 포함하는 단위모듈을 재킷 형태로 구성하고, 상기 재킷 형태의 단위모듈을 현장에서 상기 독립형 탱크의 외벽 상에 조립하는 방식으로 시공이 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  21. 청구항 20에 있어서,
    다수의 상기 단위모듈을 연결함에 있어서 서로 인접하게 배치되는 상기 외판은 용접 또는 접착 또는 볼팅 체결 방식 중 적어도 어느 하나의 방식으로 결합되며, 상기 외판의 연결 부위 하측에는 상기 솔리드 폴리머가 간격을 두고 배치됨에 따라 통로가 형성되고, 상기 통로에 액상 폴리머를 주입하여 경화시킴으로써 상기 단위모듈 간의 연결 부위에 기밀을 형성하는 것을 특징으로 하는,
    독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 블랭킷 레이어를 구성하는 다수의 블랭킷을 더 포함하고,
    상기 블랭킷이 상기 진공단열패널의 내측면에 기부착되어 상기 단위모듈에 포함되는 것을 특징으로 하는,
    독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 블랭킷은 글라스 클라스(glass cloth), 합성수지(synthetic resin) 시트, 접착제 및 접착용 양면 테이프 중 어느 하나로 마련되는 것을 특징으로 하는,
    독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012092895A (ja) * 2010-10-27 2012-05-17 Ihi Corp 二重殻タンクの製造方法及び二重殻タンク
KR101419821B1 (ko) * 2012-05-11 2014-07-15 대우조선해양 주식회사 이중구조의 액화천연가스 저장용기
KR20190093054A (ko) * 2018-01-31 2019-08-08 부산대학교 산학협력단 진공-폴리머 다중 단열층을 구비한 박스형 극저온 액화가스 저장용기

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