KR20220041301A - 연료 탱크 장치 - Google Patents

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KR20220041301A
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fuel tank
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박태윤
신상명
정성훈
최봉균
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

선박의 연료 탱크 장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 연료 탱크 장치는 중공의 다각형 몸체; 상기 다각형 몸체의 양측 개방부에 제공되는 반구 형상의 엔드 커버들; 및 상기 엔드 커버와 상기 몸체 사이를 연결하는 링 형상의 연결링 부재를 포함할 수 있다.

Description

연료 탱크 장치{Fuel Tank Apparatus}
본 발명은 연료 탱크 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 선박은 연료의 연소에 의해 동력을 발생시키는 엔진에 의해 추진력을 가지게 되는데, 선박의 연료로서 사용되는 경유, 중유, MOD(Marine Diesel Oil), MFO(Marine Fuel Oil) 등은 연소 과정에서 발생되는 다량의 유해물질로 인하여 환경 오염을 유발하는 원인이 되고 있다.
이러한 이유로 인해 친환경 선박(Green-ship)으로 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 "LNG"라 함)를 연료로 사용하는 선박이 개발되어, 각국의 선급으로부터 공식인증(Approval In Principle, AIP)을 승인받아 환경규제로 인한 청정에너지로의 전환 요구를 충족시키고 있다.
선박에는 LNG를 연료로 사용하기 위한 연료탱크가 마련된다. 연료탱크의 설계 및 건조는 IGC Code, IGF Code 적용을 통하여 주로 국제 해사 기구(International Maritime Organization; IMO)에 의해 규정된다.
이러한 연료탱크는, 다양한 타입으로 제작되어 선박에 설치되는데, 독립형 탱크 중에서는 IMO Type A, IMO Type B, IMO Type C 및 Novel Design이 있다.
IMO Type A의 경우에는 선체 자체를 극저온에 견딜 수 있는 고가의 금속으로 제작해야 하므로 선체 건조비가 증대되고, IMO Type B의 경우에는 선체의 내부에 설치되며 탱크의 아래, 즉 탱크와 선체 내부 바닥 사이에 보호수단이 설치되어야 하므로 설치위치상 바람직하지 않으며, 압력탱크인 IMO Type C의 경우에는 저온형 탱크에 비해 제작과 설치가 용이하고 각종 해석 수행이 필요치 않으면서 안전성이 높아 널리 채용되고 있다.
도 1은 종래의 C-Type 액화가스 저장탱크를 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 액화가스 저장탱크 중 압력 용기형의 C-Type 탱크(2)는 실린더 형태이면서 원형의 단면 형상으로 이루어지는 연료탱크(3)가 새들(saddle; 4)에 의해 지지되어 선박의 어퍼데크 상에 설치될 수 있다.
한편, 이러한 액화가스 저장탱크는 내부에 발생하는 압력을 실린더 형의 동체 및 반구형(또는 타원체 모양)의 경판을 통해 견디도록 제작된다. 원형 단면의 실린더 구조는 균일한 내압 또는 외압에 의해 단면이 팽창/수축될 때 변형되는 단면 역시 원형이기 때문에, 다면의 형상을 변형시키는 형태의 면외 방향 응력이 발생하지 않는다는 장점이 있다. 이러한 장점 때문에 기존의 압력 용기는 대부분의 원형의 단면을 갖는 실린더 형태가 대부분이다.
그러나, 대형 탱크의 경우 이러한 원형 단면의 실린더를 제작하기 위해서는 매우 큰 곡가공 기계가 필요하게 되며, 이러한 곡가공 기계의 성능에 따라 제작할 수 있는 최대 외판 두께가 한정된다.
본 발명은 직경과 외판 두께의 한계를 극복할 수 있는 연료 탱크 장치를 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 중공의 다각형 몸체; 상기 다각형 몸체의 양측 개방부에 제공되는 반구 형상의 엔드 커버들; 및 상기 엔드 커버와 상기 몸체 사이를 연결하는 링 형상의 연결링 부재를 포함하는 연료 탱크 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 연결링 부재는 상기 다각형 몸체의 일단과 용접되는 일단이 상기 다각형 몸체의 일단과 대응되는 다각형상을 갖고, 상기 엔드 커버의 일단과 연결되는 타단이 상기 엔드 커버의 일단과 대응되는 원호 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 연결링 부재는 삼각형의 경사면이 원주방향을 따라 연속적으로 형성된 크라운 구조를 가질 수 있다.
또한, 상기 다각형 몸체는 그 단면의 모서리부를 프레스를 이용한 냉각 가공 또는 열 변형을 이용한 열간 가공으로 성형하여 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 다각형 단면 타입의 연료 탱크는 기존의 원형 단면 타입-C 탱크와 유사한 가압 성능을 가지면서, 그 직경이 커지더라도 기존의 동일한 장비를 이용한 성형이 가능한 각별한 효과를 갖는다.
본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1a는 본 발명의 제1실시예에 따른 연료 탱크를 보여주는 사시도이다.
도 1b는 도 1adp 도시된 연료 탱크의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 연료 탱크의 단면도이다.
도 3은 엔드 커버의 제작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 다각형 몸체의 제작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 연결링 부재의 제작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 도 2에 표시된 용접 부분(A)을 보여주는 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 다각형 몸체의 성형 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 8a 및 도 8b는 1개소의 용접부위를 갖는 다각형 몸체와 2개소의 용접부위를 갖는 다각형 몸체의 단면도이다.
도 9는 다각형 몸체의 다양한 변형예를 보여주는 단면도이다.
도 10은 종래의 C-Type 액화가스 저장탱크를 개략적으로 나타낸 측면도이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 공지된 구성에 대한 일반적인 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 생략될 수 있다. 본 발명의 도면에서 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 가급적 동일한 도면부호가 사용된다. 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 도면에서 일부 구성은 다소 과장되거나 축소되어 도시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 연료 탱크를 보여주는 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 연료 탱크의 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 연료 탱크는 선박(미도시됨)의 최상부 갑판인 온 어퍼데크 상에 제공되며, 선박을 추진시키는 엔진(도시하지 않음)을 구동하기 위한 연료인 LNG 등의 액화가스가 저장될 수 있다.
본 발명의 연료 탱크(10)가 설치되는 선박은, 대량의 광물이나 원유, 천연가스, 또는 수천 개 이상의 컨테이너 등의 화물을 화물창(cargo hold)에 싣고 대양을 항해하는 유조선, LNG운반선, LPG운반선, 컨테이너운반선, 자동차운반선, 벌크선, 광물운반선 등의 대형 선박일 수 있으며, 본 실시예에서는 이에 한정되지 않고 LNG를 연료로 사용하기 위해 연료 탱크(10)가 설치되는 모든 선박을 포함할 수 있음은 물론이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 연료 탱크(10)는 다각형 몸체(100), 2개의 엔드 커버(200) 그리고 2개의 연결링 부재(300)를 포함할 수 있다.
다각형 몸체(100)는 양측면이 오픈된 중공 형태로 제공될 수 있다. 본 실시예에서 다각형 몸체(100)는 12각형의 단면 구조를 갖는 것으로 도시하였으나 이에 한정되는 것은 아니며, 도 9에서와 같이 다각형 몸체(100)의 단면은 8각형, 24각형 등과 같이 다양하게 설계될 수 있다.
한편, 다각형 몸체(100)는 하나의 금속 판재를 금형과 프레스를 이용한 프레싱 공정 혹은 밴딩 공정을 통해 성형하여 하나의 용접 포인트를 형성할 수 있다(도 8a 참조). 또는 다각형 몸체(100)는 두 개의 금속 판재를 각각 금형과 프레스를 이용한 프레싱 공정 혹은 밴딩 공정을 통해 성형하여 용접하는 경우 두개의 용접 포인트를 형성할 수 있다(도 8b 참조).
엔드 커버(200)들은 다각형 몸체(100)의 양측 개방부에 제공된다. 엔드 커버(200)들은 반구형(또는 타원체 모양)으로 제공될 수 있다.
연결링 부재(300)는 엔드 커버(200)와 다각형 몸체(100) 사이를 연결하기 위해 제공될 수 있다. 연결링 부재(300)는 전체적으로 링 형상을 갖는다. 연결링 부재(300)는 다각형 몸체(100)의 일단과 용접되는 일단(310)이 다각형 몸체(100)의 일단(110)과 대응되는 다각형상을 갖고, 엔드 커버(200)의 일단(210)과 연결되는 타단(320)이 엔드 커버(200)의 일단(210)과 대응되는 원호 형상을 갖는다. 연결링 부재(300)는 다각형 몸체(100)와 반구형 엔드 커버(200)를 상호 연결할 수 있도록 삼각형의 경사면(330)이 원주방향을 따라 연속적으로 형성된 크라운 구조를 갖는다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 연료 탱크(10)는 총 5개의 피스 조합으로 이루어질 수 있다. 일 예로, 연료 탱크(10)는 다각형 몸체(100)와 엔드 커버(200) 그리고 연결링 부재(300)를 각각 제조하고, 이들을 상호 용접하는 과정을 통해 제작된다. 연료 탱크(10)의 소재로는 알루미늄 합금이 적용되고, 액화 가스 저장에 필요한 정도의 강도를 갖으면서 경량인 것이 바람직하다.
연료 탱크(10)는, 실린더 형태이면서 다각형의 단면 형상으로 이루어진 IMO Type C(또는 Novel Design)으로서, 엔진(미도시됨)에 연료를 공급하기 위해 극저온의 LNG 가스를 액상으로 저장할 수 있는 압력탱크로 제공될 수 있다.
도시하지 않았지만 연료탱크(10)는, 새들에 의해 지지되어 선박의 어퍼데크에 설치될 수 있다. 연료탱크(10)의 설치위치는 엔진(미도시됨)에 근접하여 설치되는 것이 바람직하며, 예를 들어, 연료탱크(10)는 선실을 기준으로 전방, 후방 또는 측방의 여유 공간에 설치될 수 있으며, 이에 한정되지 않고 화물의 적재 및 하역 시 크레인의 이동과 화물의 동선 등을 고려하여 적당한 위치에 설치될 수 있음은 물론이다.
도 3은 엔드 커버의 제작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 먼저, 엔드 커버(200)를 제조하기 위해 알루미늄합금 소재의 금속 판재를 준비한 다음, 오토 시어링(shearing) 머신과 같은 절단 설비를 사용하여 준비된 금속 판재를 설계에 맞게 원판 형태로 절단 가공하고, 원판 형태로 절단된 금속 판재(201)를 금형으로 가압하여 반구형(또는 타원체 모양)으로 성형한다.
도 4는 다각형 몸체의 제작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 다각형 몸체(100) 제조는 알루미늄합금 소재의 금속 판재를 준비한 다음, 절단 설비를 사용하여 준비된 금속판을 설계에 맞게 적절한 길이와 폭으로 절단하고(시어링 공정), 소정 크기로 절단된 금속 판재(101)를 다각형 단면을 갖도록 성형하는 과정을 거친다. 성형 과정은 도 7a에서와 같이 프레스를 이용한 냉각 가공 또는 도 7b에서와 같이 열 변형을 이용한 열간 가공을 통해 소정 간격으로 일정각도로 성형 가공할 수 있다. 도 7a에는 금속 판재(101)를 고정하는 고정 지그(20)와, 금속 판재(101)를 소정 각도로 벤딩하기 위한 유압 실린더(30)가 도시되어 있고, 도 7b에는 금속 판재(101)를 고정하는 고정 지그(20)와 금속 판재(101)를 소정 각도로 벤딩하기 위한 유압 실린더(30) 그리고 벤딩될 모서리부에 열을 제공하는 히터(40)가 도시되어 있다.
다각형 몸체(100)의 모서리부 성형은 공급되는 금속 판재의 판폭 전체(예를 들어 3m)를 한 번에 균일하게 변형시킬 수 있는 폭(4m)으로 구성될 수 있으며, 유압 혹은 입열이 제거되었을 시, 탄성 회복되는 변형량을 고려하여 금속 판재를 벤딩시킨다. 이렇게 성형이 완료된 상태에서 서로 마주하는 양단부를 용접 이음하면 다각형 몸체(100) 제작이 완료된다.
상기와 같이, 다각형 몸체(100)는 그 단면의 모서리부를 프레스를 이용한 냉각 가공 또는 열 변형을 이용한 열간 가공으로 성형함으로써, 다수개의 모서리를 용접 이음 없이 하나의 평판으로 제작할 수 있다.
한편, 도 5에서와 같이 연결링 부재(300) 역시 시어링 공정과 프레스 공정, 롤링 공정 등의 다양한 과정을 거쳐 제작될 수 있다.
이와 같이 각각 제조된 다각형 몸체(100)와 엔드 커버(200) 그리고 연결링 부재(300)은 상호 용접 과정을 거치게 된다.
도 6a 및 도 6b는 도 2에 표시된 용접 부분(A)을 보여주는 도면이다.
용접(W)은 여러 형태로 변형 가능하다. 도 6a와 같이, 다각형 몸체(100)와 연결링 부재(300)의 이음 단부를 맞대어 이은 상태에서 그 표면에 그대로 용접(W)을 하여 부착시킬 수 있고, 또는 도 6b와 같이 다각형 몸체(100)의 이음단부에 연결링 부재(300)의 이음단부가 안착될 수 있는 안착단이 설치되도록 절곡시킨 절곡부(11)를 형성하는 것도 가능하다. 물론, 상기 절곡부는 도시하지는 않았으나, 금형과 프레스를 이용한 프레싱 공정 혹은 밴딩 공정을 통해 성형 가능하다.
상기와 같은 연료 탱크(10)는 기존의 원형 단면 타입-C 탱크와 유사한 가압 성능을 가지면서, 그 직경이 커지더라도 기존의 동일한 장비를 이용한 성형이 가능하다는 장점을 갖는다.
이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.
10: 연료 탱크 100 : 다각형 몸체
200 : 엔드 커버 300 : 연결링 부재

Claims (3)

  1. 중공의 다각형 몸체;
    상기 다각형 몸체의 양측 개방부에 제공되는 반구 형상의 엔드 커버들; 및
    상기 엔드 커버와 상기 몸체 사이를 연결하는 링 형상의 연결링 부재를 포함하는 연료 탱크 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결링 부재는
    상기 다각형 몸체의 일단과 용접되는 일단이 상기 다각형 몸체의 일단과 대응되는 다각형상을 갖고, 상기 엔드 커버의 일단과 연결되는 타단이 상기 엔드 커버의 일단과 대응되는 원호 형상을 갖는 연료 탱크 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 다각형 몸체는
    그 단면의 모서리부를 프레스를 이용한 냉각 가공 또는 열 변형을 이용한 열간 가공으로 성형하여 제공되는 연료 탱크 장치.
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