KR20220149937A - 원통형 저장탱크 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents

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KR20220149937A
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강봉국
이동주
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한국조선해양 주식회사
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Abstract

본 발명은 원통형 저장탱크로서, 상기 저장탱크의 내부 공간을 형성하는 외부 쉘; 상기 외부 쉘의 내벽에 마련되어 상기 내부 공간을 단열시키는 내부 단열층; 상기 저장탱크가 고정되도록 상기 외부 쉘을 지지하는 새들부를 포함하며, 상기 외부 쉘은, 상기 새들부에 대해 이동하지 않도록 고정되는 것이다.

Description

원통형 저장탱크 및 이를 포함하는 선박{Cylindrical storage tank and ship having the same}
본 발명은 원통형 저장탱크 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.
유조선, 정유제품운반선, 살물선 등은 내부에 다수의 화물창을 포함하고, 선박을 운항하는 경우에 추진력 발생을 위한 엔진을 구동하기 위해 엔진에 연료유를 공급할 필요가 있는데, 연료유는 화물창에 보관되는 화물을 이용하지 않고 별도의 연료유 탱크에 저장된 연료를 엔진으로 공급하여 이용하게 된다.
그리고 최근에는 국제해사기구(International Maritime Organization; IMO)의 규정 강화에 기인하여 환경 요구 기준을 맞추기 위하여 유조선, 정유제품운반선, 살물선 등에는 유조선에는 청정 연료인 LNG를 사용하는데, 이를 위해 선박의 데크 상에 LNG 탱크(C 타입 탱크)를 구비한다.
아울러, LNG 탱크는 외부로부터 탱크로 열 유입을 최소화하여 선박 운항 동안 BOG를 최소화하는 것이 필요하며, -163℃의 LNG를 담고 있기 때문에 열 응력을 최소화하여 구조 안전성을 확보하는 것이 필요하고, 이러한 탱크의 구조와 이를 지지하기 이한 구조를 개선하기 위한 노력이 이루어지고 있다.
통상적인 LNG 탱크는 극저온의 LNG를 저장함에 따른 취성 파괴 방지를 위해 9% Ni 강과 같은 극저온 인성이 우수한 강재를 사용하는 것이 일반적이다. 그러나, 이러한 극저온용 강재는 일반 선급용 강재에 비해 매우 고가이며, 일반 선급용 강재 대비 용접 난이도가 높아 용접시 결함 발생이 빈번하게 일어나는 문제가 있었다. 또한, 외부 열 유입 방지를 위해 극저온용 강재를 감싸도록 단열재를 배치하게 되는데, 금속인 극저온용 강재와 단열재 간의 열팽창 계수 차이로 인해 단열재의 파손이 빈번하게 발생하는 문제가 있었다.
이에, 최근에는 탱크를 지지하는 지지구조인 새들(saddle)이 탱크와 접촉하는 면적을 감소시켜 선체로부터 전도되는 유입 열량을 감소시킴과 동시에, 고정 서포트와 슬라이딩 서포트를 포함하는 도입하여 탱크 열수축에 의한 탱크 인장 응력을 완화시켜 탱크의 파손을 방지하였으나, 복잡한 지지구조의 도입에 따른 전체 작업 공수가 증가하는 한계가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 원통형 저장탱크에 복합 재료 방벽을 포함하는 내부 단열층과 내부 단열층을 감싸도록 배치되는 외부 쉘을 사용하여, 종래 저장탱크와 동등한 수준의 기능을 발휘함과 동시에 경제적이고 단순한 지지구조를 갖는 원통형 저장탱크를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 원통형 저장탱크는, 상기 저장탱크의 내부 공간을 형성하는 외부 쉘, 상기 외부 쉘의 내벽에 마련되어 상기 내부 공간을 단열시키는 내부 단열층, 상기 저장탱크가 고정되도록 상기 외부 쉘을 지지하는 새들부를 포함하며, 상기 외부 쉘은, 상기 새들부에 대해 이동하지 않도록 고정되는 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 새들부는, 용접을 통해 상기 외부 쉘에 직접 결합되는 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 내부 단열층은, 상기 내부 단열층의 내벽을 형성하는 1차 방벽, 상기 1차 방벽의 둘레를 감싸도록 상기 1차 방벽의 외측에 배치되는 1차 단열재, 상기 1차 단열재의 둘레를 감싸도록 상기 1차 단열재의 외측에 배치되며 연료의 기밀을 제공하는 2차 방벽, 및 상기 2차 방벽의 둘레를 감싸도록 상기 2차 방벽의 외측에 배치되는 2차 단열재를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 1차 방벽 및 상기 2차 방벽 중 적어도 하나는, 금속 소재의 차단층, 및 상기 차단층의 양면에 적층되는 고분자 섬유층을 포함하며, 상기 고분자 섬유층은 접착층에 의해 상기 차단층에 고정되는 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 1차 단열재 및 상기 2차 단열재 중 적어도 하나는, 상기 1차 방벽과 상기 새들부 사이에 배치되는 영역 중 적어도 일부가 나머지 영역 대비 상대적으로 높은 밀도를 갖는 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 단열재는, 상기 단열재가 적층되는 두께 방향을 따라 상기 단열재 두께의 적어도 일부만큼 연장되어 형성되는 슬릿을 포함하는 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 외부 쉘은, IGC에서 규정하는 스틸 등급(steel grade) A인 강재를 포함하는 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 새들부는, 상기 저장탱크의 길이 방향을 따라 일측에 편심되어 마련되는 제1 새들, 및 상기 저장탱크의 길이 방향을 따라 타측에 편심되어 마련되는 제2 새들을 포함하며, 상기 제1 새들 및 상기 제2 새들 중 적어도 하나는, 상기 외부 쉘과 동일한 재질로 이루어지는 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 새들 및 상기 제2 새들 중 어느 하나만 상기 외부 쉘에 직접 결합되며, 다른 하나는 상기 외부 쉘에 결합되지 않고 상기 외부 쉘을 지지하는 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 원통형 저장탱크는, 선박의 데크 상에 배치되어 상기 선박의 연료를 저장하는 것이며, 상기 새들부는, 상기 저장탱크와 상기 데크 사이에 배치되어 상기 저장탱크를 지지하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 원통형 저장탱크는 외부 쉘의 내벽에 복합 재료 방벽을 포함하는 내부 단열층을 배치하여 외부 쉘은 상온을 유지할 수 있게 되므로, 외부 쉘에 포함되는 강재로 고가의 극저온용 강재 대신 선급용 강을 사용할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 원통형 저장탱크는 종래와 같은 복잡한 지지구조 대신 간단한 새들부를 적용할 수 있게 되어 저장탱크 구성의 파손을 방지함과 동시에 저장탱크의 설치 및 유지보수 작업 공수를 절감할 수 있게 된다.
도 1은 선박에 설치된 종래 저장탱크의 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 가상의 선 AA'에 따른 종래 저장탱크의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 저장탱크의 단면도이다.
도 4는 도 3에 나타낸 가상의 선 BB'에 따른 원통형 저장탱크의 단면도이다.
도 5는 도 4에 나타낸 가상의 선 CC'에 따른 원통형 저장탱크의 단면도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하에서, 원통형 저장탱크는 선박의 추진을 위해 사용되는 연료, 선박의 화물 등의 액화가스를 저장할 수 있으며, 액화가스는 LNG, LPG, 에탄, 암모니아 등일 수 있다.
이하에서, 고압, 저압, 고온, 저온, 높은 밀도 및 낮은 밀도는 상대적인 것으로서, 절대적인 수치를 나타내는 것은 아님을 알려둔다.
이하에서, 선박은 화물을 운반하는 선박, 상선, 해양에서 천연가스를 생산할 수 있는 선박을 모두 포괄하는 표현임을 알려둔다.
먼저, 도 1 및 2를 참조하여 종래 저장탱크의 구성을 설명한다.
도 1을 참조하면, 종래의 저장탱크(1)는 선박(S)의 데크 상에 마련되어 선박을 추진하기 위한 연료를 저장하는 것일 수 있다. 바람직하게는 저장탱크(1)는 선박의 최상부 갑판인 온 데크 상에 적어도 일부가 고정되는 방식으로 배치될 수 있다. 저장탱크(1)는 극저온용 강재(2), 단열층(3), 단열층 보호 코팅(4), 내부 보강재(5), 제1 새들(6), 제2 새들(7), 고정형 서포트(8) 및 슬라이딩 서포트(9) 등을 포함할 수 있다.
저장탱크(1)는 IGC/IGF에서 규정하는 C 타입 탱크로서 캡슐 또는 실린더 형상으로 마련되는 것일 수 있다. 저장탱크(1)에 저장되는 액체 상태의 연료는 선박의 수요처로 공급되거나 선박이 운항하는 과정에서 자연 증발할 수 있다. 연료가 자연 증발하여 형성되는 증발가스는 저장탱크(1)의 외부로 인출하여 처리할 수도 있으나, 적어도 일부는 저장탱크(1) 내에 저장된 상태로 운항할 수 있으므로 저장탱크(1)는 액화가스를 화물로 저장하는 카고탱크(도시하지 않음) 대비 상대적으로 높은 내압을 견디도록 설계될 수 있다.
극저온용 강재(2)는 저장탱크(1)의 형상에 대응하는 형상을 갖도록 마련될 수 있으며, 내부에 극저온 상태의 연료가 저장되는 공간을 제공할 수 있다. 극저온용 강재(2)는 연료와 직접 접촉하게 됨에 따라 극저온에서 열수축에 의한 열응력과 선박의 운항 환경에서 유발되는 변동 응력에 의한 피로 파손에 대한 저항성이 있는 소재로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 극저온용 강재(2)는 -196℃와 같은 온도에서도 우수한 항복강도, 인장강도, 충격인성을 나타내는 9% Ni 강, STS강, Al, Mn 강 등의 금속 또는 합금 소재로 이루어질 수 있다.
단열층(3)은 극저온용 강재(2)의 둘레를 감싸도록 극저온용 강재(2)의 외측에 배치되어, 저장탱크(1) 외부로부터 유입되는 열을 차단할 수 있다. 도시하지 않았으나, 단열층(3)은 폴리우레탄과 같은 발포체로 구성되는 폼 또는 플라이우드 판넬로 만들어진 박스 내부에 발포 폼이 채워진 단열 블록을 포함할 수 있다. 예를 들어, 단열층(3)이 발포 폼을 포함하는 경우, 단열층(3)은 극저온용 강재(2)의 외부 표면에 스프레이 방식으로 분사하는 방식으로 적층되는 것일 수 있으며, 단열층(3)이 단열 블록을 포함하는 경우, 단열층(3)은 복수 개의 단열 블록이 접착제 또는 마스트를 통해 극저온용 강재(2)의 외부 표면에 접착되어 고정되는 것일 수 있다.
단열층 외부 코팅(4)은 단열층(3)의 둘레를 감싸도록 단열층(3)의 외측에 배치되어 단열층(3)을 구성하는 발포 폼 또는 단열 블록의 박리 또는 탈착을 방지하고, 저장탱크(1)의 외관을 형성할 수 있다. 예를 들어, 단열층 외부 코팅(4)은 폴리우레탄계 코팅제를 스프레이 분사하여 형성되는 코팅층일 수 있고, 단열층(3)을 덮어 저장탱크(1)의 표면에 노출시키지 않는 것일 수 있다.
내부 보강재(5)는 일단이 극저온용 강재(2)에 연결되고, 타단이 극저온용 강재(2)에 의해 형성되는 저장탱크(1)의 내부 공간으로 연장될 수 있다. 내부 보강재(5)는 저장탱크(1) 내부 공간의 벽면을 형성하는 극저온용 강재(2)를 따라 연장되도록 형성되어 저장탱크(1)의 설계 압력을 향상시킬 수 있다. 내부 보강재(5)는 극저온용 강재(2)와 동일한 소재로 구성되는 것이 바람직하다.
저장탱크(1)는 복수 개의 새들을 통해 선박(S)의 데크 상에 배치될 수 있다. 바람직하게는, 새들은 저장탱크(1)의 길이 방향을 따라 일측에 편심되어 마련되는 제1 새들(6) 및 저장탱크(1)의 길이 방향을 따라 타측에 편심되어 마련되는 제2 새들(7)을 포함할 수 있으며, 제1 새들(6)과 제2 새들(7)은 서로 이격되도록 배치될 수 있다. 이러한 경우, 새들이 저장탱크(1)의 길이 방향을 따라 연장하며 지지하는 경우 대비 저장탱크(1)와 새들의 접촉 면적이 감소하여 선박(S)으로부터 유입되는 열을 줄여 저장탱크(1) 내부에서의 증발가스 발생량을 감소시킬 수 있게 된다.
저장탱크(1)에서는 극저온용 강재(2)가 연료와 직접 접촉하여 열수축할 수 있는 점을 고려하여, 극저온용 강재(2)와 제1 새들(6) 사이에 고정형 서포트(8)를 배치하고, 극저온용 강재(2)와 제2 새들(7) 사이에 슬라이딩 서포트(9)를 배치할 수 있다. 고정형 서포트(8)와 슬라이딩 서포트(9)는 저장탱크(1)의 하부에서 극저온용 강재(2)에 결합될 수 있다.
예를 들어, 고정형 서포트(8)와 슬라이딩 서포트(9)는 단열층(3)의 두께와 같거나 보다 두꺼운 두께를 갖는 우드 블록(wooden block)과 우드 블록에 연결되어 금속 소재의 극저온용 강재(2)에 결합하기 위한 연결판(도시하지 않음)을 포함할 수 있다. 연결판은 금속 또는 합금으로 이루어져 우드 블록의 적어도 일면에 연결될 수 있다. 고정형 서포트(8)와 슬라이딩 서포트(9)는 우드 블록의 상부면에 결합되는 연결판과 극저온용 강재(2)를 용접하거나, 연결 부재(도시하지 않음)를 통해 결합하거나, 마스틱을 통해 접착하는 방식으로 극저온용 강재(2)에 고정될 수 있다. 고정형 서포트(8)는 우드 블록의 하부면에 추가적인 연결판을 더 구비할 수 있으며, 금속 또는 합금 소재로 이루어지는 제1 새들(6)과 마스틱을 통해 접착하는 방식으로 고정될 수 있다. 슬라이딩 서포트(9)는 우드 블록의 하부면에 마스틱을 통해 접착된 고분자 시트를 포함할 수 있고, 제2 새들(7)은 상부면에 마스틱을 통해 접착된 고분자 시트를 포함할 수 있다. 고분자 시트는 예를 들어, 폴리에틸렌 시트일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 슬라이딩 서포트(9)의 고분자 시트는 제2 새들(7) 상부면에 고정된 고분자 시트 상에 배치될 수 있으나, 이들 고분자 시트들이 서로 결합되는 것은 아니다. 극저온용 강재(2)가 열응력을 받는 경우, 저장탱크(1)는 길이 방향으로 열수축할 수 있는데, 극저온용 강재(2)는 일측에서 고정형 서포트(8) 및 제1 새들(6)을 통해 선박(S)에 고정된 상태로 타측에서 슬라이딩 서포트(9)가 제2 새들(7) 상부면에서 미끄러지면서 열수축에 대응할 수 있게 된다.
극저온용 강재(2)의 외부 표면에서 고정형 서포트(8)와 슬라이딩 서포트(9)가 배치되는 영역에는 단열층(3)이 배치하지 않을 수 있으며, 저장탱크(1)의 길이 방향에 따른 슬라이딩 서포트(9)의 길이는 고정형 서포트(8)의 길이보다 상대적으로 긴 것일 수 있다.
도 2는 도 1에 나타낸 가상의 선 AA'를 따라 나타낸 저장탱크(1)의 단면도로, 극저온용 강재(2)가 제1 새들(6) 및 고정형 서포트(8)에 의해 지지된 모습을 나타낸다. 제1 새들(6)은 극저온용 강재(2)의 하부와 측면 일부를 감싸는 형상으로 마련되어 저장탱크(1)를 지지할 수 있으며, 고정형 서포트(8)는 극저온용 강재(2)와 제1 새들(6) 사이에서 연장되어 극저온용 강재(2)를 지지하도록 배치되는 것이 바람직하다.
이상과 같은 종래의 저장탱크(1)는 극저온용 강재(2)로 형성되는 내부 공간에 극저온의 연료를 저장하도록 마련하고, 고정형 서포트(8) 및 슬라이딩 서포트(9)와 이에 대응하는 새들 구조를 도입하여 열유입이 저감되고 극저온용 강재(2)의 열수축에 따른 열응력과 변동 응력으로부터 저장탱크(1)를 보호하도록 구성하였으나, 서포트와 새들 결합 구조가 복잡하고 고가의 극저온용 강재(2)를 사용하는 한계가 있었다.
이하에서는, 도 3 내지 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 저장탱크(10)가 종래 저장탱크(1) 대비 달라지는 점을 중심으로 상세히 설명한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 저장탱크(10)는 내부에 연료나 화물 등을 저장할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 저장탱크(10)는 선박(S)의 데크 상에 마련되어 선박을 추진시키는 연료로 액화가스를 저장할 수 있다. 이하에서는, 저장탱크(10)가 극저온의 연료를 저장하기 위한 것으로 예시하여 설명한다.
저장탱크(10)는 고압으로 액화가스를 저장하는 C 타입 탱크일 수 있으며, 내부 공간에 액화가스를 저장하는 압력은 2 내지 10 bar 또는 그 이상일 수 있다. 저장탱크(10)는 외부 쉘(20), 내부 단열층(30), 외부 보강재(40) 및 새들부(50) 등을 포함할 수 있다.
저장탱크(10)는 원통 형태일 수 있으며, 저장탱크(10)의 내부 공간을 형성하는 외부 쉘(20), 외부 쉘(20)의 내벽에 마련되어 저장탱크(10)의 내부 공간을 외부로부터 단열시키는 내부 단열층(30), 저장탱크(10)가 고정되도록 외부 쉘(20)을 지지하는 새들부(50)를 포함할 수 있다.
외부 쉘(20)은 저장탱크(10)의 내부 공간을 형성할 수 있다. 외부 쉘(20)이 형성하는 내부 공간에는 후술할 내부 단열층(30)이 마련될 수 있다. 구체적으로, 외부 쉘(20)의 내벽에 내부 단열층(30)이 배치되며, 내부 단열층(30)이 다시 내부 공간을 형성할 수 있다. 외부 쉘(20)은 저장탱크(10)의 외관을 형성할 수 있다. 외부 쉘(20)은 후술할 내부 단열층(30)의 2차 단열재(34)를 감싸도록 배치되므로, 2차 단열재(34)의 보호를 위한 별도의 단열층 보호 코팅을 생략할 수 있게 된다.
외부 쉘(20)의 내벽에 내부 단열층(30)이 배치됨에 따라, 내부 단열층(30)에 의해 형성되는 내부 공간에 저장되는 연료의 냉열은 2차 단열재(34)의 외측에 배치되는 외부 쉘(20)까지 도달할 수 없게 되며, 외부 쉘(20)은 상온 또는 선박(S)이 위치한 환경의 온도와 동일한 온도를 유지할 수 있게 된다. 본 실시예의 외부 쉘(20)은 극저온에서 열응력과 변동 응력에 대응하기 위한 저항성을 필요로 하지 않게 되므로, IGC에서 규정하는 스틸 등급(steel grade) A인 강재를 포함하거나, 스틸 등급 A인 강재만을 사용할 수 있게 된다.
IGC(The International Code of the Construction and Equipment of Ships Carrying Liquefied Gases in Bulk)에서는 액화가스와 같은 저온화물을 운송하는 선박에 사용되는 보강재나 선체 건조에 사용되는 금속 재료 사용 요건을 규정한다. IGC에서는 2차 방벽에 사용하기 위한 것이 아닌 선체 구조의 일부를 형성하는 금속 재료에 대해, 주변 해수 및 대기 온도에 따른 헐 구조물의 최소 설계 온도에 따라 사용할 수 있는 강재 두께를 등급화하여 규정한다. 스틸 등급 A인 강재는 헐 구조물의 최소 설계 온도가 -5℃까지인 경우에 사용하기 위한 것으로 선급용 강재 또는 선급 일반강으로도 지칭된다. 스틸 등급 A인 강재는 극저온용 강재 대비 상대적으로 저렴하고, 용접 난이도가 낮아 취급이 용이하므로, 저장탱크(10) 전체의 비용이 절감될 뿐만 아니라 외부 쉘(20)의 새들부(50)에 고정이 용이하여 저장탱크(10)의 설치 및 유지 보수를 위한 비용이 절감될 수 있다.
내부 단열층(30)은 저장탱크(10)의 형상에 대응하는 형상을 갖도록 마련될 수 있으며, 내부에 극저온 상태의 연료가 저장되는 공간을 제공할 수 있다. 내부 단열층(30)은 연료가 저장되는 내부 공간에서부터 1차 방벽(31), 1차 단열재(32), 2차 방벽(33) 및 2차 단열재(34)이 순서대로 적층된 층상 구조일 수 있다. 내부 단열층(30)은 외부 쉘(20)의 내벽에 마련되어 저장탱크(10)의 내부 공간, 바람직하게는 내부 단열층(30)에 의해 형성되는 내부 공간을 저장탱크(10) 외부로부터 단열시킬 수 있다. 즉, 내부 단열층(30)의 2차 단열재(34)가 외부 쉘(20)의 내벽에 접하도록 배치될 수 있다.
1차 방벽(31)은 내부 단열층(30)의 내벽을 형성하며, 내부에 연료를 저장하기 위한 공간을 형성할 수 있다. 1차 방벽(31)은 극저온인 액체 상태의 연료와 직접 접촉하며, 내부 단열층(30)에 대한 액밀을 제공할 수 있다.
1차 단열재(32)는 1차 방벽(31)의 둘레를 감싸도록 1차 방벽(31)의 외측에 배치되어, 저장탱크(10) 외부로부터 유입되는 열을 차단할 수 있다. 1차 단열재(32)가 1차 방벽(31)의 외측에 배치된다는 것은 연료가 저장되는 저장탱크(10)의 내부를 기준으로 1차 방벽(31)의 외부 표면에 접촉하도록 배치되는 것을 의미함이 이해될 것이다. 1차 단열재(32)는 접착제를 통해 1차 방벽(31)에 접착되어 고정될 수 있다.
2차 방벽(33)은 1차 단열재(32)의 둘레를 감싸도록 1차 단열재(32)의 외측에 배치되며, 내부 단열층(30)에 대한 기밀을 제공할 수 있다. 1차 방벽(31)에서 누수가 발생하는 경우에도, 2차 방벽(33)이 마련되어 내부 단열층(30)을 액밀 및 기밀시켜 연료의 누수를 최종적으로 방지할 수 있다.
2차 단열재(34)는 2차 방벽(33)의 둘레를 감싸도록 2차 방벽(33)의 외측에 배치되어, 저장탱크(10) 외부로부터 유입되는 열을 차단할 수 있다. 1차 단열재(32)와 2차 단열재(34)는 폴리우레탄과 같은 발포체로 구성되는 폼 또는 플라이우드 판넬로 만들어진 박스 내부에 발포 폼이 채워진 단열 블록을 포함할 수 있다. 예를 들어, 단열재가 발포 폼을 포함하는 경우, 2차 단열재(34)는 외부 쉘(20)의 내부 표면에 스프레이 방식으로 분사하여 적층되는 것일 수 있고, 1차 단열재(32)는 2차 방벽(33)의 내부 표면에 스프레이 방식으로 분사하여 적층되는 것일 수 있다. 단열재가 단열 블록을 포함하는 경우, 2차 단열재(34)는 접착제 또는 마스트를 통해 외부 쉘(20)의 내부 표면에 접착되어 고정될 수 있고, 1차 단열재(32)는 2차 방벽(33)의 내부 표면에 접착제를 통해 접착되어 고정될 수 있다.
도시하지 않았으나, 본 실시예에 따른 저장탱크(10)의 내부 단열층(30)은 금속 소재와 고분자 섬유층이 적층된 복합 소재의 방벽을 포함할 수 있다. 구체적으로, 1차 방벽(31)과 2차 방벽(33) 중 적어도 하나는 금속 소재의 차단층과 차단층의 양면에 적층되는 고분자 섬유층을 포함할 수 있다. 차단층은 금속 또는 합금 소재로 이루어져 연료의 누수를 방지하여 방벽의 기밀 또는 액밀 효과를 제공할 수 있다. 예를 들어, 차단층은 알루미늄, 구리, 베릴륨동, SUS304 등을 포함할 수 있으며, 차단층의 두께는 10 내지 200μm일 수 있다. 고분자 섬유층은 차단층의 양면에 배치되어 적층될 수 있으며, 고분자 섬유가 직조된 직물일 수 있다. 예를 들어, 고분자 섬유층은 폴리에틸렌 섬유를 포함할 수 있고, 바람직하게는 초고분자량 폴리에틸렌 섬유(UHMWPE fiber)일 수 있다. 초고분자량 폴리에틸렌 섬유는 극저온특성이 우수하고 인열강도가 뛰어나며 내절단성이 있어 열응력에 따른 파단을 방지하고 파단시에도 그 파단면에 의해 내부 단열층(30)이 추가 손상되는 것을 방지할 수 있게 된다.
방벽의 차단층과 양면에 배치되는 고분자 섬유층은 접착층에 의해 서로 고정될 수 있다. 접착층은 접착제 또는 접착 필름에 의해 형성되는 것이되, 그 방법에 한정되는 것은 아니지만 사용되는 고분자 섬유층의 종류에 따라 그 종류가 결정될 수 있다. 예를 들어, 고분자 섬유층으로 초고분자량 폴리에틸렌을 사용하는 경우, 접착층은 상대적으로 낮은 표면 에너지를 갖는 소재에 적합한 폴리에틸렌계 또는 실리콘계 화합물을 포함하는 접착제 조성물 또는 접착 필름에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 폴리에틸렌계 또는 실리콘계 화합물은 적어도 일부가 극성 작용기로 개질된 것일 수 있다. 고분자 섬유층이 폴리에틸렌 섬유를 포함하는 경우, 폴리에틸렌 섬유는 접착이 어려운 표면 특성을 갖지만, 동종 고분자 계열로서 폴리에틸렌계 화합물을 이용한 접착층을 마련하여 난접착 문제를 해결함과 동시에 극저온에서 높은 전단강도를 확보할 수 있게 된다. 전술한 방벽과 단열재를 적층하는 경우에도, 방벽의 고분자 섬유층과 단열재가 접한 상태에서 적층되므로 폴리에틸렌계 또는 실리콘계 화합물을 포함하는 접착제 조성물 또는 접착 필름을 사용하는 것이 바람직하다.
본 실시예에 따른 저장탱크(10)는 1차 방벽(31), 1차 단열재(32), 2차 방벽(33), 2차 단열재(34)가 적층되어 형성된 내부 단열층(30)을 외부 쉘(20)의 내부에 포함하여, 연료의 누수를 방지하면서 외부의 열 유입을 차단할 수 있다. 또한, 2차 단열재(34)의 외부에 배치되는 외부 쉘(20)은 상온의 온도를 유지할 수 있게 된다. 동시에, 전술한 복합 소재로 제조되는 방벽은 종래 극저온용 강재 대비 열팽창 계수가 낮기 때문에 이를 포함하는 내부 단열층(30)의 열수축은 무시할 수 있는 수준으로 감소하여 후술할 새들부(50) 연결 구조를 단순화할 수 있게 된다.
본 실시예에 따른 저장탱크(10)는 외부 보강재(40)를 더 포함하여, 저장탱크(10)의 설계 압력을 향상시킬 수 있다. 저장탱크(10)는 내부 단열층(30)의 1차 방벽(31)이 배치되며, 1차 방벽(31) 중에서도 고분자 섬유층이 연료와 접촉하게 된다. 따라서, 고분자 섬유층에 저장탱크(10)의 강도 보완 구조를 추가하는 대신, 외부 쉘(20)의 외부에 외부 보강재(40)를 마련하여 저장탱크(10)의 강건성을 확보할 수 있다. 외부 보강재(40)는 일단이 외부 쉘(20)의 외부 표면에 연결되고, 외부 쉘(20)을 따라 연장되도록 형성될 수 있다. 외부 보강재(40)는 외부 쉘(20)과 동일한 소재로 구성되는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.
저장탱크(10)는 복수 개의 새들을 포함하는 새들부(50)에 의해 지지될 수 있다. 구체적으로, 새들부(50)는 저장탱크(10)와 선박(S)의 데크 상에 배치되어 저장탱크(10)를 지지할 수 있다.
예를 들어, 새들부(50)는 저장탱크(10)의 길이 방향을 따라 일측에 편심되어 마련되는 제1 새들 및 저장탱크(10)의 길이 방향을 따라 타측에 편심되어 마련되는 제2 새들을 포함할 수 있으며, 제1 새들과 제2 새들은 서로 이격되도록 배치될 수 있다. 제1 새들과 제2 새들의 이격 배치는 저장탱크(10)와 새들부(50)의 접촉 면적을 최소화하여 선박(S)으로부터 유입되는 열을 줄여 저장탱크(10) 내부에서의 증발가스 발생량을 감소시킬 수 있다. 제1 새들과 제2 새들 중 적어도 하나는 외부 쉘(20)과 동일한 재질로 마련될 수 있다. 예를 들어, 제1 새들과 제2 새들 중 적어도 하나는 스틸 등급 A인 강재를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 새들은 외부 쉘(20)과 동일한 재질로 이루어지고, 외부 쉘(20)에 대해 이동하지 않도록 고정되며, 제2 새들은 외부 쉘(20)에 고정되거나 결합되지 않고 이동 가능하도록 마련되는 것일 수 있다. 이러한 경우 제2 새들은 외부 쉘(20)을 단순 지지하는 것일 수 있다. 바람직하게는, 제1 새들 및 상기 제2 새들은 외부 쉘(20)과 동일한 재질로 이루어지고, 각각 용접을 통해 외부 쉘(20)에 직접 결합되어 고정되는 것일 수 있다. 제1 새들 및 제2 새들 중 하나 이상은 외부 쉘(20)을 동일 재질로 구성되어 용접을 통해 직접 결합시킬 수 있으며, 이러한 경우 새들부(50)와 외부 쉘(20) 사이에 배치하기 위한 서포트를 생략할 수 있게 된다.
본 실시예에 따른 저장탱크(10)는 전술한 내부 단열층(30) 구조에 의해 내부 단열층(30) 외부에 배치되는 외부 쉘(20)은 상온으로 유지될 수 있으며, 외부 쉘(20)과 새들부(50)가 서로 이동하지 못하도록 고정되는 경우에도 열수축에 의한 파손 우려가 없다. 따라서, 저장탱크(10)는 외부 쉘(20)과 새들부(50)가 접하는 지점에 용접부(60)를 형성하여 외부 쉘(20)과 새들부(50)를 결합하는 방식으로 선박(S)의 데크 상에 배치될 수 있다.
새들부(50)가 외부 쉘(20)의 외부 표면에 직접 결합됨에 따라, 외부 쉘(20)의 내부에 마련되는 내부 단열층(30)은 연속적으로 마련될 수 있다. 따라서, 종래 저장탱크(1)에서 단열층(3)이 서포트가 배치되는 지점에 대해서는 불연속적으로 배치된 데에 비해, 본 실시예에 따른 저장탱크(10)는 내부 단열층(30)의 연속성이 보장되어 외부 열 유입을 최소화할 수 있게 된다.
도 4는 도 3에 나타낸 가상의 선 BB'를 따라 나타낸 저장탱크(10)의 단면도로, 외부 쉘(20)이 새들부(50)에 의해 지지된 모습을 나타낸다. 새들부(50)는 외부 쉘(20)의 하부와 측면 일부를 감싸는 형상으로 마련되어 저장탱크(10)를 지지할 수 있으며, 외부 쉘(20)과 새들부(50)는 서포트 없이 직접 연결된다. 금속 소재로 이루어지는 외부 쉘(20)과 달리, 복합 소재를 포함하는 방벽과 발포체로 구성되는 폼을 포함하는 단열재는 하부로 갈수록 많은 하중을 견디도록 마련되어야 한다.
본 실시예에 따른 저장탱크(10)는 하단부에 고밀도 단열층(30')을 구비하여, 내부 단열층(30)이 내부에 저장되는 연료와 저장탱크(10) 자중을 지지할 수 있도록 구성하였다. 예를 들어, 내부 단열층(30)의 1차 단열재(32)와 2차 단열재(34) 중 일부에 1차 방벽(31)과 새들부(50) 사이에 배치되어 전체 하중이 집중될 수 있다. 이러한 경우, 1차 단열재(32)와 2차 단열재(34) 중 적어도 하나는, 1차 방벽(31)과 새들부(50) 사이에 배치되는 영역 중 적어도 일부가 나머지 단열재 영역 대비 상대적으로 높은 밀도를 갖도록 구성하여 전체 하중을 견딜 수 있게 된다. 단열재는 발포체로 구성되는 폼 또는 박스 내부에 발포 폼이 채워진 단열 블록일 수 있으므로, 하중이 집중되는 영역에 사용되는 폼은 제조시 밀도를 높여 보다 높은 강도를 갖도록 구성할 수 있다. 외부 쉘(20)과 새들부(50)가 접하는 부분에 대응하는 영역의 단열재의 밀도를 나머지 영역의 단열재 밀도 대비 상대적으로 높게 할 수 있으나, 저장탱크(10)의 규모, 저장되는 연료의 양, 새들부(50)의 크기에 따라 달라질 수 있음이 이해될 것이다.
도 5는 도 4에 나타낸 가상의 선 CC'를 따라 나타낸 저장탱크(10)의 단면도로, 외부 쉘(20)과 내부 단열층(30)이 적층된 모습을 나타낸다. 단열재는 단열재가 적층되는 두께 방향을 따라 단열재 두께의 적어도 일부만큼 연장되어 형성되는 슬릿(slit)을 포함할 수 있다. 슬릿은 단열재 사이에 미리 정해진 거리만큼의 간격을 두어 단열재에 가해지는 열응력을 완화시킬 수 있다. 단열재는 저장탱크(10)에 저장되는 연료에 상대적으로 가까운 위치일수록 상대적으로 많은 냉열을 전달받아 열수축할 수 있는데, 두께 방향으로 연장되는 슬릿을 통해 냉열이 집중되는 부분에 가해지는 열응력을 완화시킬 수 있다.
예를 들어, 제1 단열재(32)는 제2 단열재(34) 대비 상대적으로 많은 열응력이 집중될 수 있다. 제1 단열재(32)에는 단열재 두께와 같은 길이로 연장되는 슬릿(35)을 형성할 수 있고, 제2 단열재(34)에는 단열재 두께보다는 작은 길이로 연장되는 슬릿(36)을 형성할 수 있다. 도시하지 않았으나, 슬릿(35, 36)에는 글래스 울을 채워넣어 슬릿(35, 36) 형성에 따른 열응력은 완화하면서 단열 손실을 추가로 저감할 수도 있다.
이상과 같은 원통형 저장탱크(10)는 외부 쉘(20)의 내부에 복합 재료가 적용된 내부 단열층(30)을 배치하여 외부 쉘(20)의 온도 구배를 일관되게 상온으로 유지할 수 있다. 이에 따라, 외부 쉘(20)로 선급용 강재를 사용할 수 있게 되어 전체 비용을 절감할 수 있으며, 새들부(50)를 외부 쉘(20)에 직접 용접하여 결합할 수 있게 되어 종래 서포트를 포함하는 복잡한 지지 구조를 생략할 수 있게 된다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명은 상기에서 설명한 실시예로 한정되지 않으며, 상기 실시예들의 조합 또는 상기 실시예 중 적어도 어느 하나와 공지 기술의 조합을 또 다른 실시예로서 포함할 수 있음은 물론이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
1: 종래 저장탱크 2: 극저온용 강재
3: 단열층 4: 단열층 보호 코팅
5: 내부 보강재 6: 제1 새들
7: 제2 새들 8: 고정형 서포트
9: 슬라이딩 서포트
10: 저장탱크 20: 외부 쉘
30: 내부 단열층 30': 고밀도 단열층
31: 1차 방벽 32: 1차 단열재
33: 2차 방벽 34: 2차 단열재
35, 36: 슬릿 40: 외부 보강재
50: 새들부 60: 용접부
S: 선박

Claims (10)

  1. 원통형 저장탱크로서,
    상기 저장탱크의 내부 공간을 형성하는 외부 쉘;
    상기 외부 쉘의 내벽에 마련되어 상기 내부 공간을 단열시키는 내부 단열층;
    상기 저장탱크가 고정되도록 상기 외부 쉘을 지지하는 새들부를 포함하며,
    상기 외부 쉘은, 상기 새들부에 대해 이동하지 않도록 고정되는 것인, 원통형 저장탱크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 새들부는,
    용접을 통해 상기 외부 쉘에 직접 결합되는 것인, 원통형 저장탱크.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 단열층은,
    상기 내부 단열층의 내벽을 형성하는 1차 방벽;
    상기 1차 방벽의 둘레를 감싸도록 상기 1차 방벽의 외측에 배치되는 1차 단열재;
    상기 1차 단열재의 둘레를 감싸도록 상기 1차 단열재의 외측에 배치되며 연료의 기밀을 제공하는 2차 방벽; 및
    상기 2차 방벽의 둘레를 감싸도록 상기 2차 방벽의 외측에 배치되는 2차 단열재를 포함하는 것인, 원통형 저장탱크.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 1차 방벽 및 상기 2차 방벽 중 적어도 하나는,
    금속 소재의 차단층; 및
    상기 차단층의 양면에 적층되는 고분자 섬유층을 포함하며,
    상기 고분자 섬유층은 접착층에 의해 상기 차단층에 고정되는 것인, 원통형 저장탱크.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 1차 단열재 및 상기 2차 단열재 중 적어도 하나는,
    상기 1차 방벽과 상기 새들부 사이에 배치되는 영역 중 적어도 일부가 나머지 영역 대비 상대적으로 높은 밀도를 갖는 것인, 원통형 저장탱크.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 단열재는,
    상기 단열재가 적층되는 두께 방향을 따라 상기 단열재 두께의 적어도 일부만큼 연장되어 형성되는 슬릿을 포함하는 것인, 원통형 저장탱크.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 쉘은,
    IGC에서 규정하는 스틸 등급(steel grade) A인 강재를 포함하는 것인, 원통형 저장탱크.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 새들부는,
    상기 저장탱크의 길이 방향을 따라 일측에 편심되어 마련되는 제1 새들; 및
    상기 저장탱크의 길이 방향을 따라 타측에 편심되어 마련되는 제2 새들을 포함하며,
    상기 제1 새들 및 상기 제2 새들 중 적어도 하나는, 상기 외부 쉘과 동일한 재질로 이루어지는 것인, 원통형 저장탱크.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 새들 및 상기 제2 새들 중 어느 하나만 상기 외부 쉘에 직접 결합되며, 다른 하나는 상기 외부 쉘에 결합되지 않고 상기 외부 쉘을 지지하는 것인, 원통형 저장탱크.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 원통형 저장탱크는, 선박의 데크 상에 배치되어 상기 선박의 연료를 저장하는 것이며,
    상기 새들부는, 상기 저장탱크와 상기 데크 사이에 배치되어 상기 저장탱크를 지지하는 것인, 원통형 저장탱크.
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