KR20230159388A - 압축된 유체들을 저장 및 운반하기 위한 장치, 시스템들 및 방법들 - Google Patents

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KR20230159388A
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찰스 엔. 화이트
스콧 씨. 맥클루어
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이지엔지 솔루션즈 엘엘씨
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Abstract

복합 탱크 장치 및 그 제조 및 사용 방법들. 금속 또는 비금속 재료들로 만들어진 비교적 얇은 겉판들을 가진 편평한 옆면의 상호의존적 셀들의 배열. 각각의 셀은 반경형 부재들에 의해 연결된 적어도 2개의 평탄한 벽 판 부분들을 갖는데, 모든 평탄한 벽 판 부분들이 서로 같은 평면으로 접촉하거나 둘러싸는 구조물의 평평한 지지 판들 또는 그 내부를 덧대는 단열재와 같은 평면으로 접촉하도록 배치된다. 셀들은 상대적인 이동에 저항하고 그로부터 유체의 누출을 방지하기 위해 셀들의 벽 판 부분들의 인접한 쌍들에 마련된 서로 일치하는 무게줄임용 벽 관통 구멍들의 적어도 한 쌍의 둘레 주위에 서로간에 밀봉된다. 복합 탱크 장치는 둘러싸인 구조물, 및 선택적으로, 둘러싸인 구조물의 내부 표면 또는 외부 표면을 덧대는 단열 재료의 하나 이상의 층을 포함할 수 있다.

Description

압축된 유체들을 저장 및 운반하기 위한 장치, 시스템들 및 방법들
본 공표는 적당히 압축된 유체들 (특히, 저온 압축 유체들)을 저장 및 수송하기 위한 장치 및 이를 저장 및 수송하기 위한 장치의 제조 또는 건설 방법들에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 공표는 저장 및 원할 경우 유체들의 수송을 위한 복합 탱크 ("복합 탱크")를 생성하기 위해 단열된 고일체형 구조적 외장 내에서 상호 의존적 저장 셀들의 배열로 구성된 격납 시스템들에 관한 것이다.
텍사스주 휴스턴에 소재한 ezNG Solutions LLC에 부여된 미국 특허 제9,033,178 B2호에 언급된 바와 같이, 석유 및 화학 산업에서는 열 및 냉기 요소에 통상적으로 노출되는 대형 탱크 구조들 내에 액체류들을 저장하는 것이 관례적이다. 이러한 저장 탱크들은 일반적으로 강철 또는 기타 금속성 탱크 구조들로 구성되는데, 주위 또는 근접 주위 조건 및 열 부하에 노출되어 있기 때문에 반드시 적절한 단열 재료가 마련되어 탱크들 내에 저장중인 제품들이 원하는 온도로 유지 될 수 있도록 한다.
저온 또는 극저온 유체들 (일반적으로 액체 또는 고밀도 상 유체들)을 적당한 또는 유사한 주위 저장 압력들로 저장하기 위해 과거에 다양한 방식들 또는 시스템들이 마련되었다. 이러한 비교적 낮은 압력들에서조차도, 용기의 벽 두께를 제한하는 후프(원환) 응력 조건을 얻기 위해 저온 유체들은 일반적으로 원형 단면의 용기들에 저장된다. 그러나, 용기의 직경이 충분히 크거나 내부 압력이 충분히 높을 때, 요구되는 벽 두께는 재료, 용접 및 제조 비용 증가의 불리함을 야기할 정도로 여전히 꽤 클 수 있다. 구조적으로 온전한 격납 공간 내에서 서로를 지지하는 독립적인 편평한 옆면의 저장 셀들의 배열들의 설계와 사용에 대해 US 9,033,178 B2에 기술된 개념들은, 용기 벽들의 두께 제한 및 그에 따른 저장 장치의 총비용을 제한하기 위한 수단을 제공한다. US 9,033,178 B2의 개념을 사용하여, 적당한 압력의 저온 유체를 포함하는 대형 저장 탱크들은 동일한 총 내부 저장 용량의 대구경 평저, 탄환 유형 또는 다중 로브 탱크에 비해 저렴한 비용으로 설계 및 제작할 수 있다. 그러나, 각각의 저장 탱크를 구성하는 이들 셀 배열들은 여전히 많은 양의 고가의 벽 재료를 필요로 하는데, 그 이유는 평평한 벽을 갖는 셀들의 셀 배열이 전형적으로 내부 용적의 단위당 더 많은 표면적을 가질 것이기 때문이다. 또한, 셀들의 겉판에 대한 최소 벽 두께의 계산은 특정한 내부 설계 압력에 의해 지배되는 경향이 있기 때문에, 셀들의 곡선 모서리의 반경이 작다면, 지정된 압력 (관련 압력 용기 설계 규정들 하에서)을 안전하게 견디는데 필요한 최소 벽 두께는 상당히 작을 수 있다. 사실은, 셀들의 겉판에 대한 벽 두께는, 곡선 모서리 반경이 셀들의 전체 치수에 비해 작은 경우 제조 및 취급 고려 사항으로 인해 지정된 압력을 안전하게 견디는데 필요한 최소 두께보다 훨씬 두껍게 지정되어야 할 수 있다. 이러한 경우, 제조 및 취급 문제로 인해 부과된 초과 벽 두께 여유는 '178에 의해 제공되는 잠재적인 재료 비용 절감을 감소시킨다.
복합 저장 탱크의 1차 격납을 구성하는 배열 내의 각 셀은 유체 주입 및 인출뿐만 아니라 사람 또는 모니터링 장치 접근을 위한 진입 관통부들을 필요로 한다. US 9,033,178 B2에 기술된 단일 탱크가 많은 셀들로 구성될 수 있기 때문에, 이러한 진입로들의 비용 및 탱크 내로 또는 탱크 내로부터 유체 전달을 허용하기 위해 셀들을 상호 연결하는 유체 전달용 도관들의 비용, 그리고 탱크를 구성하는 모든 셀들이 전체에 걸쳐 본질적으로 압력 균형을 이루도록 하는 것이 전체 시스템 가격 책정의 중요한 특징이 된다. 본 공표에서, 유체 도관들은 통상적으로 관(파이프)들 또는 라이저들로서 수직으로 배향될 때 지칭될 수 있는 반면, 도관들의 시스템은 배관 또는 배관 시스템으로서 지칭될 수 있다. 또한, 외부 배관 (즉, 복합 탱크 내의 모든 셀들을 상호 연결하기 위한 도관들)은 많은 관 대 관 연결들을 포함하는데, 위험한 유체화물들의 누출 잠재성은 US 9,033,178 B2의 셀 배열 개념들을 통합한 저장 시스템들의 소유자들/운영자들에게 실질적인 "위험 비용"을 나타낸다.
그러므로, 어떤 특정한 내부 용적의 복합 탱크를 완성하기 위해 요구되는 관통부를 갖는 진입로들 및 외부 배관 연결들의 양뿐만 아니라 셀 벽 재료의 총량을 제한하는 장치, 시스템들, 및 이를 제조 및 사용하는 방법들을 마련하는 것이 압축 유체들에 대한 저장 기술분야에서 유익하고 발전이 될 것이다.
본 공표에 따르면, 이전 설계들의 결함들 중 일부 또는 전부를 극복하는 장치, 시스템들, 및 이를 제조하고 사용하는 방법들이 제시된다. 인접한 셀 벽들 안에서 서로 일치하는 벽 관통 구멍들의 둘레를 따라 밀봉되는 '178 특허에 설명된 것과 같은 복합 탱크 유체 격납 시스템의 1차 격납을 구성하는 셀들의 인접한 평탄 벽 판(패널) 부분들의 일부 또는 전부에 벽 관통 구멍들을 만드는 것은 셀 벽 재료의 총량과 외부 진입로 관통부들 및 외부 배관 시스템 상호 연결들의 양을 감소시킬 수 있다. 전통적인 엔지니어링 분석은 벽 관통 구멍들을 만들 때 얼마나 많은 벽 재료를 제거할 수 있는지, 그리고 제작, 취급 및 작동 중에 구조적 안정성을 유지하기 위해 이러한 구멍들의 가장자리 주위에 얼마나 많은 보강이 필요할 수 있는지를 나타낼 것이다.
본 공표의 첫 번째 측면은 주위압력 또는 근접 주위압력 (즉, 약 1 barg 또는 14.5 psig 미만) 내지 적절한 압력 (이론적으로는 훨씬 고압으로 설계하는 것이 가능하지만 보통 약 50 barg 또는 725 psig 미만)에서 유체 격납을 위한 복합 탱크 장치로서 다음과 같이 구성된다. (또는 본질적으로 이루어지거나 구성된다):
a) 적어도 2개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀들의 배열로서, 비교적 얇은 겉판들 (즉, "셀 벽들")을 가져 금속 (예를 들어, 보통 약 25.4mm 또는 1인치 미만 및 실제적으로 두께가 76.2mm 또는 3인치 이하인 강철 또는 알루미늄 합금) 또는 비금속 재료 (예를 들어, 섬유가 스며든 인조 고무 시트, 섬유-수지 매트릭스, 또는 심지어 철-시멘트 재료)로 만들어지며, 상기 적어도 2개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀들 각각은 적어도 2개의 평평한 벽 판 부분들이 있는데 반경형 부재들에 연결되어 서로간 동일한 평면으로 접촉하거나 또는 둘러싸는 구조물 (또는 상기 둘러싸는 구조물의 내부에 덧대는 단열재)의 평평한 지지 판들과 같은 평면으로 접촉하게 배치되며, 둘러싸는 구조물은 적어도 2개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀들의 배열을 둘러싸고 그러한 적어도 2개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀들의 각각은 셀 벽들과 반경형 부재들의 상부 및 하부 끝단들을 각기 연결하는 상부와 하부 뚜껑 (때때로 본 내용 안에서 상부 및 하부 경판들로 지칭됨)을 가짐;
b) 적어도 2개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀들로서, 복합탱크 내 적어도 2개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀들의 동일한 평면으로 접촉하는 평평한 벽 판 부분들의 인접한 쌍들 내에 마련되는 무게줄임용 벽 관통 구멍들의 적어도 하나의 서로 일치하는 쌍의 둘레 주위에 서로간에 밀봉되며, 무게줄임용 벽 관통 구멍들의 모든 쌍들의 둘레는 상대적인 움직임에 구조적으로 버티고 격납으로부터 유체의 누출을 방지하기 위해 충분하게 밀봉되어야 함. (예를 들어, 동일한 평면으로 접촉하는 평평한 벽 판 부분들의 인접한 쌍들을 결합하는 연속 용접물);
c) 내부 표면 및 외부 표면을 갖는 둘러싸는 구조물, 및 덮개로서, 상기 둘러싸는 구조물 및 덮개는 적어도 2개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀들의 배열의 외부 부분에서 상기 적어도 2개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀의 외부 평면측 벽 부분들을 지지하기에 충분한 구조적 강도 및 충분한 엄격성을 갖는 환경적 격리를 제공하도록 설정되며, 이 문서에 추가로 공표된 바와 같음; 그리고
d) 선택적으로, 둘러싸는 구조물의 내부 표면 또는 외부 표면에 덧대는 단열재의 하나 이상의 층. 만일 격납된 유체가 정상 또는 근접 주위 온도로 복합 탱크에 저장된다면 단열이 필요하지 않을 수 있음.
특정한 실시예들에서, 복합 탱크는 정상적인 주위 조건들과 적어도 10°C의 온도 차이에서 격납되는 유체들의 저장을 위해 설정된다. 이러한 실시예들에서, 단열층 또는 층들은 복합 탱크의 일부로서 제공될 수 있다. 저장할 유체가 주입되어 영하 약 40°C 미만의 온도에서 저장되게 계획되고 둘러싸인 구조 (예를 들어, 선박의 격벽들과 갑판들 또는 내부 바닥)가 비극저온 (연합금 또는 저합금) 강철로 제작되는 실시예들에서는, 취성 파괴의 위험으로부터 강철 외장을 보호하기 위한 장벽을 마련하기 위해 하나 이상의 단열 재료 층이 설계되고 설치되어야 한다.
특정한 실시예들에서, 복합 탱크 장치는 유체들의 주입 및 인출을 위한 하나 이상의 유체 진입로들, 구멍들, 또는 도관들을 포함한다. 특정한 실시예들에서, 유체 진입로들은 복합 탱크 장치를 구성하는 적어도 2개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀들의 하나 이상의 상부 또는 하부 뚜껑들 내로 뚫고 들어가는 하나 이상의 도관들을 포함할 수 있고, 이 도관들은 상호의존적 셀들 내에서 수평으로 연결되고 적어도 2개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀들의 배열의 인접한 내부 벽들까지 통하는 1개 이상의 매니폴드들과 결합해 동시 주입 및 토출 (종종 "인출"이라고 함)을 할 수 있도록 한다.
특정 복합 탱크 실시예들은 사람들이나 무인 장치들 (예를 들어, 자율 또는 반자율 드론들)이 셀들 또는 내부 도관들의 검사, 모니터링 및/또는 수리를 위해 적어도 2개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀들의 하나 이상의 내부에 접근할 수 있도록 하기 위해 하나 이상의 상부 장착 진입로 피팅들 (ASME 압력 용기 코드에 의해 허용되는)을 포함할 수 있다.
특정 복합 탱크 실시예들은 복합 탱크 내로 유체들을 주입하거나 복합 탱크로부터 유체들을 인출할 목적으로 1개 이상의 상호의존적 셀들의 상단 뚜껑들까지 압력 적격 유체 도관들 (즉, ASME 압력 용기 코드에 의해 허용되는 관 피팅들)을 구성하는 하나 이상의 상부 장착 진입로 피팅들을 포함할 수 있다.
특정 복합 탱크 실시예들은 복합 탱크 내로 유체들을 주입하거나 복합 탱크로부터 유체들을 인출할 목적으로 1개 이상의 상호의존적 셀들의 바닥 뚜껑들까지 압력 적격 유체 도관들 (즉, ASME 압력 용기 코드에 의해 허용되는 관 피팅들)을 구성하는 하부 장착 진입로 피팅들을 포함할 수 있다.
특정 복합 탱크 실시예들은, 비록 상부 진입로들 및 상부 및 하부 관통부들이 대부분의 실시예들에서 더 많은 작업 가능한 위치들을 제공할지라도, 임의의 셀의 반경형 부재들 위에 또는 상호의존적 셀들의 배열의 단부에 있는 셀들의 외부 평면 판들 위에 이러한 압력 적격 피팅들을 갖는 관통부들을 포함할 수 있다.
본 공표의 특정 시스템 실시예들은 또한 본 공표에 기술된 바와 같은 다른 특징들을 포함할 수 있는데, 예를 들면, 복합 탱크 장치를 구성하는 상호의존적 셀들의 인접한 벽들을 가로지르는 무게줄임용 벽 관통 구멍들을 포함함으로써 가능하게 된 내부적으로 깔리는 상호접속 매니폴드들의 단순화된 배치들 같은 것이다.
본 공표의 두 번째 측면은 첫 번째 측면에 나타낸 실질적으로 금속성의 복합 탱크 시스템을 제조하는 방법들이며, 다음과 같이 구성된다. (또는 본질적으로 이루어지거나 구성된다):
a) 다수의 얇은 금속성 평탄한 벽 판 부분들, 다수의 금속성 반경형 부재들 (특정 실시예들에서는 편평한 판 부분들의 모서리들로의 전이 및 정렬을 용이하게 하기 위해 좁은 접선 모서리 부분들을 합칠 것임), 그리고 약 5 내지 약 25mm, 또는 약 25 내지 약 75mm 범위의 두께를 갖는 비교적 얇은 겉판들을 갖는 적어도 2개의 평탄한 측면의 상호의존적 셀들을 생성하기 위한 다수의 금속성 상부 및 하부 뚜껑들을 마련함;
b) 다수의 얇은 금속성 평평한 벽 판 부분들에 필요 시 하나 이상의 접근로들을 선택적으로 마련함;
c) 다수의 금속 상부 및 하부 뚜껑들에서 필요 시 하나 이상의 관통부들을 선택적으로 마련함;
d) 판 부분들의 수직으로 있는 모서리들을 적어도 2개의 반경형 부재들에 고정 (예를 들어, 용접함으로써)하여 다수의 셀 몸체들을 형성하고, 다수의 금속성 상부 및 하부 뚜껑들을 다수의 셀 몸체들에 고정 (예를 들어, 용접함으로써)하여 비교적 얇은 겉판들 (동일한 내부 저장 부피 및 압력을 수용하도록 설계된 대구경 "탄환"형 탱크들의 겉판 두께와 비교하여)을 갖는 적어도 2개의 평평한 측면의 상호의존적 셀들을 형성함;
e) 비교적 얇은 겉판들을 갖는 적어도 2개의 편평한 측면의 상호의존적 셀들을 배치하여 적어도 2개의 편평한 측면의 상호의존성 셀들의 평탄한 벽 판 부분들 모두가 서로 같은 평면으로 접촉되거나 또는 둘러싸는 구조물의 평평한 지지판들 (또는 상기 둘러싸는 구조물의 내부에 덧대는 단열재)과 같은 평면으로 접촉하여 적어도 2개의 편평한 측면의 상호의존적 셀들의 밀폐된 배열을 형성함;
f) 적어도 2개의 평탄한 측면의 상호의존적 셀들을 서로간에 밀봉 (예를 들어, 연속적인 용접부를 통해)함에 있어서, 복합탱크 내의 적어도 2개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀들의 동일한 평면으로 접촉하는 평평한 벽 판 부분들의 인접한 쌍들내에 마련되는 무게줄임용 벽 관통 구멍들의 적어도 하나의 서로 일치하는 쌍의 둘레 주위와, 무게줄임용 벽 관통 구멍들의 모든 서로 일치하는 쌍들의 둘레는 상대적인 움직임에 구조적으로 버티고 격납으로부터 유체의 누출을 방지하기 위해 충분하게 밀봉되어야 함; 그리고
g) 내부 표면 및 외부 표면을 갖는 밀폐 구조물, 그리고 덮개, 상기 밀폐 구조물 및 덮개는 적어도 2개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀들의 배열의 외부 부분들에서 적어도 2개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀들의 외부 평평한 측면 판 부분들을 지지하기에 충분한 구조적 강도 및 충분한 강성을 갖는 환경적 격리를 제공하도록 구성되어, 내부 압력이 작동 또는 생존을 위한 목표 수준에서 적어도 2개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀들의 배열 내에 설정될 때, 배열의 적어도 2개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀들이 팽창 및 변위 되는 것을 방지함 (본 공표에서 논의된 것처럼, 예를 들어, 현재 ASME 보일러 및 압력 용기 코드에 따라 허용할 수 없는 응력 또는 붕괴를 생성하는 정도까지).
본 공표의 세 번째 측면은 유체 격납을 위한 복합 탱크 장치의 1차 격납을 포함하는 첫 번째 측면의 셀들의 배열의 상부 및 하부로부터 동일하거나 상이한 유체를 유동 (예를 들어, 주입)부터 추출 (회수)하는 방법들이며, 다음과 같이 구성된다. (또는 본질적으로 이루어지거나 구성된다):
(a) 상기 첫번째 측면의 복합 탱크 장치를 구성하는 적어도 2개의 편평한 측면의 셀들의 배열의 모든 인접한 셀들의 인접한 평평한 벽 판 부분들에서 쌍을 이루는 벽 관통 구멍들을 통해 내부적으로 연장하는 상부 및 하부 수평 유체 이송 매니폴드들을 마련함;
(b) 상부 수평 유체 이송 매니폴드로부터 상기 탱크 장치를 구성하는 셀들의 배열 내의 각 셀의 상부 뚜껑의 꼭대기 부근까지 유동적으로 연결되고 구동되는 첫번째 다수의 라이저들 (즉, 수직 유체 도관 부분들)을 마련하여, 각 셀의 상부로부터 상부 수평 유체 이송 매니폴드까지의 유동로를 마련함;
(c) 하부 수평 유체 이송 매니폴드로부터 첫번째 측면의 복합 탱크 장치를 구성하는 셀의 배열내에서 각 셀 하단 뚜껑의 바닥 부근까지 유동적으로 연결되고 구동되는 두번째 다수의 라이저들을 마련하여, 각 셀의 바닥으로부터 하부 수평 유체 이송 매니폴드로의 유동로를 마련함;
(d) 상부 수평 유체 이송 매니폴드로부터 복합 탱크 장치를 구성하는 셀들의 배열 내의 적어도 하나의 셀의 상부 뚜껑 또는 하부 뚜껑 상의 진입로 피팅을 통해 유동적으로 연결되고 구동되는 적어도 하나의 제3 라이저를 마련함; 그리고
(e) 하부 수평 유체 이송 매니폴드로부터 복합 탱크 장치를 구성하는 셀들의 배열내의 적어도 하나의 셀의 상부 뚜껑 또는 하부 뚜껑 상의 진입로 피팅을 통해 유동적으로 연결되고 구동되는 적어도 하나의 제4 라이저를 마련함; 그리고
(f) 제1 특정된 압력 및 제1 온도의 저밀도 유체를 적어도 하나의 제3 라이저를 통해 첫번째 측면의 복합 탱크 장치의 상부 내외로 유동시키면서, 동일하거나 상이한 화학적 조성 및 제2 특정된 압력 및 제2 온도의 고밀도 유체를 적어도 하나의 제4 라이저를 통해 첫번째 측면의 복합 탱크 장치를 구성하는 셀들의 배열 내 하부의 내외로 동시에 유동시켜 목표 압력 및 온도 체제가 복합 탱크 장치 내에서 유지되도록 하는 방식으로 함.
본 공표에 따른 복합 유체 격납 탱크 장치, 시스템들, 및 방법들의 이들 및 다른 특징들은 도면들의 간략한 설명, 상세한 설명 및 뒤따르는 청구항들의 검토에 의해 더욱 명확해질 것이다. 용어 "구성하는"이 이 문서에서 사용되는 곳마다, 실시예 또는 실시예의 요소 또는 단계를 설명하든, 용어 "구성하는"이 "본질적으로 이루어진"으로 치환되는 다른 대안적인 실시예들, 요소들 및 단계들은 이 문서에 명백히 공표되어 있는 것으로 이해되어야 한다. 용어 "구성하는"이 이 문서에서 사용되는 곳마다, 용어 "구성하는"이 "이루어진"으로 치환되는 다른 대안적인 실시예들, 요소들 및 단계들이 이 문서에 명백히 공표되어 있는 것으로 추가로 이해되어야 한다. 또한, 부정적인 제한의 사용이 구체적으로 고려된다; 예를 들어, 본 공표의 복합 탱크는 다수의 물리적 구성요소들 및 특징들을 포함할 수 있지만 특정 선택적인 하드웨어 및/또는 다른 특징들이 없을 수 있다. 예를 들어, 본 공표의 특정 시스템들에는 탱크를 구성하는 셀들에 용접된 용접물이 없을 수 있다. 또한, 구성요소는 통로들, 공동들, 틈들 등이 없을 수 있으며, 다시 말해 단단한 조각일 수 있다. 특정 시스템 실시예들은 단열재가 없을 수 있다.
본 공표의 목적들 및 다른 바람직한 특징들을 얻을 수 있는 방식은 다음의 설명 및 첨부된 도면들에 설명된다:
그림 1A, 1B 및 1C는 US 9,033,178 B2에 공표된 압력 적격 유체 격납 탱크 장치의 기본 형태로서 3-셀 복합 탱크 장치를 개략적으로 도시한 것이다. 그림 1A는 개략적인 평면도이다. 그림 1B는 개략적인 중간 단면도이고, 그림 1C는 탱크의 단열된 구조적 외장 내의 양면 플라스크 셀들 중 하나의 측면 입면도이다;
그림 2A, 그림 2B 및 그림 2C는 본 공표에 따라 마련된 무게줄임용 구멍들을 갖는 복합 탱크 장치의 한 실시예를 개략적으로 도시한 것이고, 그림 2A는 개략적인 평면도이다. 그림 2B는 개략적인 중간 단면도이고, 그림 2C는 개략적인 측면 입면도이다;
그림 3A 및 3B는 각각 개략적인 평면도 및 단면도이며, 넓은 셀들의 외부 부분들을 효과적으로 배수하기 위해 매니폴드 배치를 분기하는 방법의 한 실시예를 도시한 것이다;
그림 4는 부품들이 분리된 개략적인 측면 입면도로서, 셀들을 효과적으로 배수하려고 이러한 복합 탱크들의 넓은 셀들 내 뚜렷한 고점들 및 저점들을 설정하기 위해 본 공표의 복합 탱크들의 배향에 있어 편차가 영구적으로 또는 일시적으로 부과될 수 있는 방법을 설명한다;
그림 5A, 5B 및 그림 5C는 본 공표의 한 실시예에 따른 해양 선박 (배 또는 바지선)의 단열된 선창 안에 갇힌 상호의존적 셀들의 인접한 평탄한 벽 판 부분들에 마련된 벽 관통 무게줄임용 구멍들을 갖는 다중-셀 복합 탱크 장치 (10개의 양면 셀들로 구성됨)를 개략적으로 도시한 것이다. 그림 5A는 개략적인 평면도이고, 그림 5B는 개략적인 측면 입면도이며, 그림 5C는 개략적인 측면 입면도이다. (명확성을 위해, 내부 유체 도관들 (배관 매니폴드들 및 라이저들)은 그림 5A-C에 도시되어 있지 않다);
그림 6A, 그림 6B 및 그림 6C는 본 공표에 따라 마련된 벽 관통 무게줄임용 구멍들을 갖는 2개의 다중 셀 복합 탱크 장치를 개략적으로 도시한 것이다. 그림 6A는 개략적인 평면도이다. 그림 6B는 개략적인 측면 입면도이며, 그림 6C는 개략적인 단면 입면도이다. (명확성을 위해, 내부 유체 도관들 (배관 매니폴드들 및 라이저들)들은 그림 6A-C에 도시되어 있지 않다);
그러나, 그림 1A-C, 2A-C, 3A-B, 4, 5A-C, 및 6A-C 에 첨부된 도면들은 일정한 비율이 아닐 수 있으며 본 공표의 전형적인 장치 및 시스템 실시예만을 도시하는 것임을 유의해야 한다. 또한, 그림 2A-6C는 본 공표에 따른 셀들의 겉판들을 제작하는데 필요한 재료의 총량을 감소시키면서 탱크 내의 셀들 사이의 직접적인 상호연결성을 제공하는 본 공표의 많은 가능한 실시예들 중 다만 하나를 도시한다. 그러므로, 도면 내 형상은 범위가 제한되는 것으로 간주되어서는 안 되는데, 상기 공표가 기타 동등하게 효과적인 실시예들을 인정할 수도 있기 때문이다.
이하의 설명에서, 상세한 내용은 상기 공표된 유체 격납 장치, 시스템들, 및 방법들에 대한 이해를 제공하기 위해 제시된다. 그러나, 본 공표의 장치, 시스템들 및 방법들은 이러한 세부사항 없이 실시될 수도 있고, 설명된 실시예들로부터 수많은 변형 또는 수정이 가능할 수 있다는 것을 기술자들은 이해할 수 있을 것이다. 본 공표 내용에 언급된 모든 미국 특허 출원 및 미국 특허는 이들이 참조되는 페이지, 단락 또는 부분에 관계없이 이로써 이 문서에 명백하게 참조문헌으로서 포함된다.
배경에서 언급했듯이 US 9,033,178 B2의 개념을 사용하여 적당한 압력의 차가운 유체들을 담는 대형 저장 탱크들은 동일한 총 내부 저장 용량의 대구경 평저, 탄환 유형 또는 다중 로브 탱크들에 비해 저렴한 비용으로 설계 및 제작할 수 있다. 그러나, 각각의 저장 탱크를 구성하는 이들 셀 배열들은 여전히 많은 양의 고가의 벽 재료를 필요로 하는데, 그 이유는 평평한 벽들을 갖는 셀들의 셀 배열이 전형적으로 내부 용적의 단위당 더 많은 표면적을 가질 것이기 때문이다. 또한, 셀들의 겉판에 대한 최소 벽 두께의 계산은 특정된 내부 설계 압력에 의해 지배되는 경향이 있기 때문에, 셀들의 곡선 모서리들의 반경이 작다면 (관련 압력 용기 설계 코드 하에서) 지정된 압력을 안전하게 견디는 데 필요한 최소 벽 두께는 상당히 작을 수 있다. 실제로, 셀들의 겉판에 대한 벽 두께는 곡선 모서리 반경들이 셀들의 전체 치수에 비해 작은 경우 제조 및 취급 고려 사항으로 인해 지정된 압력을 안전하게 견디는 데 필요한 최소 두께보다 훨씬 두껍게 지정되어야 할 수 있다. 이러한 경우, 제조 및 취급 문제로 인해 부과된 초과 벽 두께 마진은 '178에 의해 제공되는 잠재적인 재료 비용 절감을 감소시킨다. 복합 저장 탱크의 1차 격납을 구성하는 배열내의 각 셀은 유체 주입 및 인출뿐만 아니라 사람 또는 모니터링 장치 접근을 위한 진입 관통부들을 필요로 한다. US 9,033,178 B2에 기술된 단일 탱크가 많은 셀들로 구성될 수 있기 때문에, 셀들 내로의 이러한 진입로들 비용 및 탱크 내로 또는 탱크로부터 유체 전달을 허용하기 위해 그리고 탱크를 구성하는 모든 셀들이 본질적으로 전체에 걸쳐 압력 균형을 이루도록 하기 위해 셀들을 상호 연결하여 유체 이동용으로 외부에 깔리는 도관들의 비용이 전체 시스템 가격 책정의 중요한 특징이 된다. 본 공표에서, 유체 도관들은 통상적으로 관들 또는 라이저들로서 수직으로 배향될 때 지칭될 수 있는 반면, 도관들의 시스템은 배관 또는 배관 시스템으로서 지칭될 수 있다. 또한, 외부 배관 (즉, 복합 탱크 내의 모든 셀들을 상호 연결하기 위한 도관들)은 많은 관 대 관 연결들을 포함하며, 이로 인해 위험 유체 화물들의 누출 잠재성이 US 9,033,178 B2의 셀 배열 개념들을 통합한 저장 시스템들의 소유자들/운영자들에게 실질적인 "위험 비용"을 나타낸다.
본 공표는 임의의 특정된 내부 용적의 복합 탱크를 완성하기 위해 요구되는 관통부들을 갖는 진입로들 및 외부 배관 연결부들의 양뿐만 아니라 셀 벽 재료의 총량을 제한하는 장치, 시스템들, 및 이를 제조하고 사용하는 방법들을 제공한다.
요약에서 언급된 바와 같이, 본 공표의 첫번째 측면은 주위 압력 (즉, 1 barg 미만) 내지 적당한 (전형적으로, 약 50 barg 미만) 압력이나 유사압력의 유체를 담기 위한 복합 탱크 장치이다. 두번째 측면은 이러한 복합 탱크 장치를 제작하는 방법들이고, 세번째 측면은 이러한 복합 탱크 장치를 이용하는 방법들이다.
특정한 실시예들에서, 복합 탱크는 주위 조건과 적어도 10°C 가 다른 온도에서 담고 있어야 하는 유체들의 저장을 위한 것이다. 이러한 경우, 단열층 또는 층들은 복합 탱크의 일부로 마련되어야 한다. 저장된 유체를 주입하여 약 영하 40°C 이하의 온도에서 보관하고 둘러싸는 구조물(예: 격벽들 및 갑판들 또는 선박의 내부 바닥)이 비극저온(연합금 또는 저합금)강으로 만들어진 경우, 연합금 또는 저합금강으로 만든 외장을 취성 파괴의 위험으로부터 보호하기 위한 장벽을 설정하도록 단열 재료를 설계 및 설치해야 한다.
본 공표의 유체 격납 탱크 장치, 조합들 및 방법들의 주요 특징들은 이제 도면 그림들을 참조하여 설명될 것이며, 그 후에 일부는 선택적인 일부 건설 및 운영 세부사항들이 추가로 설명될 것이다. 그림들에서 동일한 항목들을 나타내기 위해 동일한 참조 번호들이 전체적으로 사용된다.
도면들을 참조하면, 그림 1A-C는 US 9,033,178 B2에 따라 실시된 유체 격납을 위한 복합 탱크 장치의 실시예를 개략적으로 도시한다. 그림2A-C는 US 9,033,178 B2에 따라 실시된 탱크와 구별되고 이에 비해 매우 유리한 유체 격납을 위한 복합 탱크 장치의 실시예를 개략적으로 도시한 것으로, 탱크의 셀들의 내부는 인접한 편평한 측면 셀들의 평탄한 벽 판 부분들에서 같은 평면으로 접촉하는 조심스럽게 정렬된 벽 관통 구멍들을 마련함으로써 직접적인 유체 소통이 된다. 벽 관통 구멍들을 통해 내부적으로 구동하는 상호 연결된 유체 도관들을 마련할 수 있어서 도관들 사이의 외부 연결부에서의 유체 누출로 인한 위험을 크게 줄일 수 있다.
그림 1A, 1B 및 1C는 US 9,033,178 B2에 따라 실시된 유체 격납을 위한 단일 복합 탱크 장치 (100)의 3개의 도면들을 개략적으로 도시한다. 그림 1A는 US 9,033,178 B2에 따라 실시된 유체 격납을 위한 3-셀 복합 탱크 장치 (100)의 상부 평면도를 개략적으로 도시한다. 탱크의 둘러싸는 구조물의 끝벽들 (101)은 탱크 장치 내에 저장된 유체의 압력에 의해 부과되는 3개의 편평한 측면 셀들의 배열의 각 끝에서 셀의 끝벽들 (101)과 셀들의 편평한 옆벽 판 사이의 단열층 (120)에 작용하는 압력을 구조적으로 수용하도록 보강된다. 탱크의 구조적 외장의 옆벽들 (110)은 끝벽들 (101)과 구조적으로 통합되고 구조적으로 강화되어 (예를 들어, 벽들이 콘크리트로 만들어진 경우 포스트텐션됨) 끝벽들 (101)에 작용하는 압력에서 기인한 힘을 안전하게 수용할 수 있다.
둘러싸는 구조물의 끝벽들 (101) 및 옆벽들 (110)은 그림 1B와 그림 1C에 개략적으로 도시된 바닥 (170)과 구조적으로 일체화되어 있어서 그 외장의 벽들에 작용하는 힘들에 견고하게 저항하는 방식으로 되던지, 또는 원하는 환경적 격리를 유지하고 관련 코드들을 충족하는 바닥 (170)과 그것들 사이의 밀봉재(시일) 상에서 미끄러지도록 허용된다.
둘러싸는 구조물의 끝벽들 (101) 및 옆벽들 (110) 또한 외장의 벽에 작용하는 힘들에 적어도 부분적으로 저항하는 방식으로 된 덮개 (도시되지 않음)와 구조적으로 통합되거나, 또는 원하는 환경적 격리를 유지하고 관련 코드들을 준수하는 덮개와 그것들 사이의 밀봉재(시일) 상에서 미끄러지도록 허용된다.
탱크의 외장의 벽들과 바닥은, 예를 들어, 보강되고 포스트텐션된 콘크리트 판들 또는 보강 된 금속 (예: 강철) 또는 섬유 강화 매트릭스 판들, 격벽들, 갑판들 또는 바지선이나 선박의 내부 바닥들 일 수 있다. 한편 이러한 복합 탱크들의 덮개는, 예를 들어, 유사한 판들이나 갑판들, 단순한 뾰족한 금속이나 비금속 지붕, 또는 뼈대들 또는 기압차로 지지되는 막(멤브레인) 일 수 있다.
이 실시예에서, 단열층 (120)은 탱크의 둘러싸는 구조물의 내부를 감싸고 있다. 탱크의 둘러싸는 구조물 및 탱크 덮개를 덧대는 단열재에 의해 한정된 공간 내에 밀폐된 대기 (130)가 존재한다. 이 대기의 구성, 압력 및 온도는 규제되고 주의 깊게 모니터링될 가능성이 높다.
그림 1A, 1B 및 1C에 개략적으로 도시된 3개 셀들의 각각의 상부 뚜껑들 (140) (또한 본 명세서에서 "경판들"로 지칭됨)은 유체 도관 및 출입구 진입 관통부들을 갖는 진입로 피팅 (150)을 특징으로 한다.
그림 1B는 US 9,033,178 B2의 실시를 명확하게 예시하는 개략적인 단면도이며, 여기서 복합 탱크 장치 (100)의 각 셀의 평평한 측벽 판들은 인접한 저장 셀들의 평평한 측벽 판들에 대해 같은 높이이거나 또는 이 실시예에서와 같이 단열재 (120)의 지지층이다. 밸브-제어된 상부 유체 전도 매니폴드 (180)에 연결된 라이저들 (수직 유체 도관들) (310)은 셀들의 상부 (140)로부터 유동 경로를 제공하는 반면, 밸브-제어된 하부 유체 전도성 매니폴드 (185)에 연결된 라이저들 (310)은 셀들의 하부 (160)로부터 유동 경로를 제공하여 모든 셀들에 걸쳐 압력 균형을 유지하도록 하는 방식으로 셀들로의 동시 유체 주입 및 셀들로부터의 동시 추출을 가능하게 한다. 외부 배관 및 매니폴드들은 독립적인 셀들 간의 유일한 상호 연결을 제공한다. 셀들의 반원형 바닥들 (160) ("경판들"이라고도 함)은 그 구조적 외장의 탱크의 바닥 판 (170)의 바닥을 덧대는 단열재 (120)의 패인 부분에 의해 지지된다. 이 복합 탱크 (100)에 저장되는 유체들의 격리 및 제어를 위한 밸브들은 복합 탱크 외장의 외부에 기술자들의 일반적인 관행에 의해 위치하며, 따라서, 이 문서에 상술된 개념들의 표현을 단순화하려고 나타내지 않는다.
그림1C는 복합 탱크의 단열된 구조적 외장 내에 있는 양면 플라스크 셀들 중 하나의 개략적인 넓은 측면 입면도이다. 도면은 또한 셀 바닥 뚜껑 (160)이 어떻게 안착되고 단열재 (120)에 의해 지지될 수 있는지를 도시한다. 그러나, 그림 1C는 US 9,033,178 B2의 탱크들의 핵심 특징인 셀의 대형 평면 측면 판을 가장 두드러지게 표시한다. 또한, 그림 1C는 셀들의 반원형 모서리들이 외부 지지를 필요로 하지 않으며, 따라서 탱크의 둘러싸는 구조물의 측벽들 (110)을 덧대는 단열재 (120)와 접촉하지 않는다는 점을 나타낸다.
그림 2A, 그림 2B 및 그림 2C는 본 공표에 따라 실시되는 유체 격납을 위한 단일 복합 탱크 장치 실시예 (200)의 3개의 개략도들을 제공한다. 실시예 200에서, 복합 탱크는 핵심적으로 3개의 통합된 금속 셀들로 구성된다.
그림 2A는 유체 격납용 3셀 복합 탱크 장치의 상부 개략 평면도를 개략적으로 도시하는데, 그림 1A의 동일한 요소들을 모두 특징으로 하면서도, 3-셀 복합 탱크가 이 실시예에서는 유체 도관 및 출입구 진입 관통부들을 갖는 단 하나의 진입로 피팅 (150)만을 갖는다는 주목할만한 예외를 갖는다. 본 실시예에서 진입로 피팅 (150)은 그림 2A에 개략적으로 도시된 3개의 셀들 중 가운데 셀의 상부 뚜껑 (140)에 설치된다.
그림 2B는 본 공표에서 상세히 설명된 복합 탱크의 주요 측면들 및 이점들을 명확하게 설명하는 실시예 (200)의 3-셀 복합 탱크의 개략적인 중간 단면도이다. 실시예 (200)에서, 복합 탱크의 모든 3개의 셀들의 내부들은 인접한 평탄 벽 판 부분들 안에서 서로 일치하는 벽 관통 구멍들 ("무게줄임용 구멍들"이라고 함)을 마련함으로써 직접적인 유체 소통이 되며, 일치되는 벽 관통 구멍들의 둘레들은 구조적으로 상대적인 이동에 저항하고 격납으로부터 유체의 누출을 방지하기 위해 함께 밀봉되는데, 이 실시예에서는, 인접한 강판들을 접합하는 연속적인 용접물들에 의한다. 실시예 (200)에서, 셀들의 인접한, 같은 면으로 접촉하는 편평한 벽 판 부분들의 각각의 중앙에 있는 큰 무게줄임용 구멍의 끝단은 무게줄임용 구멍의 전체 둘레를 따라 용접되는 평강 보강재 (201)에 의해 보강된다. 큰 무게줄임용 구멍의 위와 아래에 있는 더 작은 벽 관통 구멍들 (210)은 유체 도관들이 인접한 셀들의 벽들을 통해 수평으로 깔리게 한다.
그림 2B에서, 라이저들 (310) 및 매니폴드 (181)는 복합 탱크의 3개의 셀들의 상부 (140) 내의 내부 공간을 연결하는 유동 경로를 제공하는 반면, 라이저들 (310) 및 매니폴드 (186)의 두번째 세트는 이들 셀들의 하부 (160) 근처로부터 유동 경로를 제공하여, 셀들로 동시 유체 주입 및 셀들로부터 추출을 가능하게 한다. 매니폴드 (186)로부터 중앙 셀의 상부 뚜껑 (140) 상에 제작된 진입로 피팅 (150)을 통과하는 세번째 라이저 (410)는 유체가 복합 탱크 내의 셀들의 하부에서 주입되거나 이로부터 인출될 수 있게 한다. 유사하게, 매니폴드 (181)로부터 진입로 피팅 (150)을 통과하는 네번째 라이저 (430)는 유체가 통합된 셀 배열의 상부로부터 들어가거나 나갈 수 있게 한다. 유체가 그 피팅 내의 높은 지점에 주입되거나 제거될 수 있도록 하기 위해 진입로 피팅 (150)을 통해 빠져나가는 지점에서 또는 그 근처에서 라이저 관 (430)내의 포트가 열릴 수 있다. 그러므로, 2개의 인접한 셀들의 최상부 지점으로부터 내려가는 별도의 라이저 도관 (310)이 필요하지 않다. 이 복합 탱크 장치 실시예 (200)의 셀들을 가로지르는 압력 균형이 US 9,033,178 B2에 따라 설계된 복합 탱크들보다 훨씬 덜 염려스러운 것은 주목할 가치가 있는데, 이는 모든 셀들 내의 내부 공간들이 인접한 편평한 벽 판 부분들의 벽 관통 구멍들로 인해 완전히 직접적인 유체 소통 상태에 있기 때문이다. 매니폴드들 (181, 186)의 수평 도관들은 인접한 평평한 벽 부분들에 있는 한 쌍의 벽 관통 구멍들 (210)을 통해 셀 사이를 직접 통과한다. 이러한 구멍들은 도관들의 외부와 일치할 만큼 충분히 크거나 벽들을 관통하는 곳의 셀 벽 재료 또는 용접물에 의해 도관들이 직접 지지되지 않도록 훨씬 더 클 수 있다. 만일 도관들이 벽 관통 구멍들에 꽉 맞도록 의도되었다면, 셀 벽들의 주변 재료는 도관들 외부에 밀봉 용접되어야 한다. 벽 관통 구멍들이 꽉 맞든 너무 크든, 이러한 구멍들의 둘레는 이 실시예에서 복합 탱크로부터의 누출을 방지하기 위해 구조적 일체성 및 유체 기밀성을 보장하는 방식으로 함께 밀봉되어야 한다.
그림 2C는 본 공표에서 상세히 설명된 복합 탱크들의 유체 격납 핵심을 구성하는 3개의 셀들 중 하나의 편평한 벽 패널 부분에 3개의 벽 관통 구멍들의 배치를 예시하는 단면 입면도를 개략적으로 도시한다. 인접한 평면 벽 패널 부분의 중앙에 있는 큰 무게줄임용 구멍은 취급 중 안정성과 작동 중 구조적 일체성을 보장하기 위해 셀들 및 탱크의 설계에 포함될 수 있는 평강 보강재 (201)로 둘러싸여 있다. 2개의 더 작은 구멍들 (210)은 링 보강재를 갖지 않지만 복합 탱크로부터의 누출을 방지하기 위한 구조적 일체성 및 유체 기밀성을 보장하기 위해 인접한 평판들을 서로 밀봉하려고 둘레 주위에 연속 용접부들을 갖는다. 이러한 더 작은 구멍들 (210)은 상부 유체 전달 매니폴드 (181) 및 하부 유체 전달 매니폴드 (186)를 위한 유체 도관들의 통과를 허용하도록 배치되지만, 이러한 매니폴드들은 명확성을 위해 이 도면에 표시되지 않는다. 물론, 큰 무게줄임용 구멍들이 적절하게 배치된다면, 매니폴드들 (181, 186)의 수평 도관들은 인접한 셀들 사이의 구멍들을 통과하도록 설계될 수 있다. 작동 중에 유체 전달 시스템의 안정성을 보장하기 위해 필요에 따라 셀 배열에 걸쳐 수평으로 작동되는 매니폴드 도관들은 무게줄임용 구멍들 주변에서 지지될 수 있다. 일반적으로, 인접한 평평한 벽 판들을 통과하는 도관들이 셀들의 겉판들에 용접되는 요구사항은 없다. 지지가 필요한 지점들에 용접물 대신 클램프들을 사용할 수 있다.
그림 3A 및 그림 3B는 분기형 매니폴드 배관 배치에 대한 개념을 설명하는 본 공표에 따라 실행되는 유체 격납을 위한 다중 셀 복합 탱크 장치 실시예 (300)에서 단일 셀의 하부 부분의 2개의 도면들을 개략적으로 도시한다.
그림 3A는 본 공표의 복합 탱크 내 단일 셀의 바닥 부분 (300)을 내려다보는 개략적인 평면도를 제공하여, 넓은 저장 셀의 양쪽 측면으로의 충전 또는 배출을 허용하기 위해 매니폴드 (186)의 중앙 도관의 양쪽에 분기들 (301)를 갖는 분기형 매니폴드 배열을 예시한다. 한편 그림 3B에서는 라이저 관들 (310)이 두 분기들 (301) 모두로부터 바닥 뚜껑 (160)의 바닥 부근까지 아래로 연장하는 것으로 개략적으로 도시되어 있다.
하부 매니폴드 (186)와 분기들은 그림 2B, 3A 및 3B에 개략적으로 도시된 바와 같이 액체들을 주입 및 회수 ("배출")하기 위한 것일 수 있는 반면, 셀들 상부의 역 배열 (그림 2B에 개략적으로 도시된 바와 같이)은 복합 탱크에서 셀들의 상단 또는 그 근처에서 더 가벼운 기체상태의 유체들을 주입 및 회수를 위할 공산이 크다
그림 4는 본 공표에 따른 또 다른 복합 탱크 실시예 (400)를 구성하는 적어도 2개의 셀들의 배열의 일부인 양면 셀 내의 단면 입면도를 개략적으로 도시하고, 통합된 배열의 넓은 셀들에서 뚜렷한 고점 및 저점을 설정하기 위해 실시예 (400)의 복합 탱크의 배향에 편차가 영구적으로 또는 일시적으로 부과될 수 있는 방법을 개략적으로 예시한다. 영구적인 편차를 부과할 수 있도록 기초 (401)를 고정된 복합 저장 탱크 바로 아래에 만들거나, 선박 또는 바지선의 선체 내에 본 공표에 따라 만들어지는 복합 저장 탱크에 일시적인 편차를 부과할 수 있는데 약간의 경사를 부과하도록 선박을 평형화(밸러스트)한다. ISO 컨테이너 또는 트럭 트레일러나 철도 차량의 일부인 복합 탱크의 셀 배열에 유사한 임시 경사가 필요한 경우 장치를 원하는 방향을 부과한 경사면(예: 경사로)에 위치할 수 있다. 개별 셀들은 또한 바닥에서 약간의 횡방향으로 기울어진 편향으로 제조될 수 있어서, 본질적으로 수직 배향 (즉, 탱크에 전반적으로 유도된 경사 또는 편향이 없음)을 갖는 다른 복합 탱크 실시예들로 조립될 때 뚜렷한 낮은 지점이 존재하도록 한다. 기울기 각도, 탱크의 편차, 또는 탱크 바닥에 만들어지는 횡경사는 실용적인 저점을 설정하기 위해 매우 클 필요는 없다 - 보통 몇도 이하이지만 실제로는 약 5도 이하이다.
그림 4의 라이저 관 (310)은 도시된 셀 내의 바닥 뚜껑 (160)의 유도된 낮은 지점 또는 그 근처의 지점으로의 주입 및 배출을 허용하는 하부 매니폴드 (186)에 부착되는 것으로 도시되어 있다. 매니폴드 (186)로부터 그림 4에 도시된 셀의 상부 뚜껑 (140)으로 제조된 피팅 (420)까지의 라이저 (410)는 유체가 통합된 셀 배열에 들어가거나 나올 수 있도록 한다. 유사하게, 매니폴드 (181)로부터 그림 4에 도시된 셀의 상부 뚜껑 (140)으로 제조된 피팅 (440)까지의 라이저 (430)는 유체가 통합된 셀 배열의 상부 부분으로 들어가거나 나갈 수 있게 한다. 유체가 그림 4에 도시된 셀 내부의 유도된 높은 지점에서 또는 그 근처에서 주입되거나 제거될 수 있도록 피팅 (440)에서 또는 그 근처에 있는 라이저 관 (430)에서 포트가 열릴 수 있다. 따라서, 요소 (310)로서 그림 2B에 도시된 바와 같은 별도의 라이저 도관이 요구되지 않거나 그림 4에 도시되지 않는다. 특정 실시예들에서, 능동적으로 제어되는 밸브 (도시되지 않음)가 라이저들 (410, 430)의 상부에 제공될 수 있는데, 본 공표의 특정 복합 탱크 장치 실시예들 내에 저장되도록 의도된 유체들에 대한 유동의 격리 및 제어를 할 수 있게 한다. 그림들 1 과 2에서와 같이, 복합 탱크의 외장의 덮개 (예를 들어, 지붕)는 그림 4에 도시되어 있지 않다. 밸브들도 또한 표시되지 않았는데, 실용적인 작동을 고려해 일반적으로 밀폐된 격납 공간의 편리한 외부에 그러한 공통적이고 필요한 부속품들을 편리하게 배치하기 때문이다.
출입구 진입 장치 (450)는 그림 4에 도시된 셀의 상부 뚜껑 (140) 상에 제작된 진입로 피팅 (150)내에 만들어지는 것으로 도시되어 있다.
그림 5A, 5B 및 5C는 본 공표의 한 실시예에 따른 유체 화물의 저장 또는 운송을 위한 해양 선박 (선박 또는 바지선)의 단열 선창 내에 한정된 상호의존적 셀들의 인접한 편평한 벽 판 부분들에 마련된 벽 관통 무게줄임용 구멍들이 있는 다중 셀 복합 탱크 장치 실시예 (500) (10개의 양면 셀들로 구성된)를 개략적으로 도시한다. 그림 5A-5C는 10개의 양면 플라스크 셀들로 구성된 복합 탱크를 묘사하지만 이론적으로 이 직선 배열에 정렬될 수 있는 셀들의 수에는 제한이 없다. 명료하고 쉬운 발표를 위해 내부 유체 도관들 (배관 매니폴드들 및 라이저들)은 그림 5A, 5B 및 5C에 도시되어 있지 않다. 같은 이유로, 선체 구조의 전통적인 보강 어느 것도 그림 5A, 5B 및 5C에 도시되어 있지 않다.
그림 5A는 해양 선박의 단열 선창 내에서 10-셀 복합 탱크 장치 실시예 (500)의 상부를 가로지르는 개략적인 평면도이다. 선박 화물창의 둘레는 종격벽 (520) 및 횡격벽 (550A)에 의해 정의된다. 선창의 내부는 극저온 화물 유체와 관련된 온도로부터 해양 선박의 선체 구조에 일반적으로 사용되는 금속을 보호하는 안창으로서 설계 및 설치될 수 있는 단열재 (120)로 덧대어 진다. 이 실시예에서, 우리는 외판 (510), 격벽들 (520, 550A, 및 550B) 및 지지 보강 구조물들이 연강 또는 저합금강으로 만들어진다고 가정할 수 있다. 화물창의 양단부들에서 강하게 보강된 영역들 (540)은 양면 셀들 배열의 단부들에서 셀들 (530)로부터 단열재 (120)를 통해 전달되는 압력을 받아 내기 위해 단부 격벽들 (550A)을 효과적으로 지지하도록 설계된다. 보강 단부 구조물들 (540)은 주로 전단에 의해 선체의 종방향 구조로 전달하기 위해 저장 셀 (530)로부터 오는 압력 유도 하중을 받아낸다. 종래의 종방향 선체 강도 분석은 화물창 단부 격벽들 (550A)에 대한 임의의 압력 유도 하중에 의해 부과되는 추가 응력을 감안해야 한다.
실시예 (500)에서, 8개의 양면 셀들 (531)은 선형으로 정렬되어 단부 셀들 (530)의 앞뒤 단부들 사이에 연속적인 저장 공간을 제공한다. 모든 셀들의 편평한 면들은 이웃들과 같은 높이로 접촉한다. 인접한 셀과 접촉하는 셀들의 편평한 측면들에는 복합 탱크의 모든 셀들에 걸쳐 유체 (및 압력) 연속성을 제공하는 벽 관통 구멍들을 포함한다. 셀들의 직선 배치은 종방향 격벽들 (520)에 의도하지 않은 압력이 가해지지 않도록 보장할 수 있다. 종격벽들 (520)을 덧대는 단열재와 셀들의 만곡된 모서리들 사이에 상대적으로 큰 공간이 개방된 상태로 남을 수 있다. 일반적인 해양 관행에서는 공간을 사람이 검사해야 하는 경우 최소 40cm의 여유 공간을 마련해야 한다고 규정한다. 셀들과 종격벽들 (520)을 덧대는 단열재 사이에 접촉이 없는 경우는 이러한 격벽들의 설계를 위해 종래의 보강 방식을 적용할 수 있다.
실시예 (500)의 각각의 단부 셀들 (530)은 유체 도관 및 출입구 진입 관통부들을 갖는 진입로 피팅 (150)을 특징으로 한다. 무게줄임용 구멍들 및 내부 배관이 내부를 연결하여 복합 탱크 장치 실시예 (500)의 모든 셀들이 직접적인 유체 소통 상태에 있기 때문에, 실시예 (500)에서 전체 탱크를 서비스하는 단 하나의 그러한 피팅 (150)을 갖는 것이 가능하다.
그림 5B는 실시예 (500)에서 해양 선박의 단열 선창 내에 복합 탱크를 구성하는 10개 양면 셀들 배열의 어느 한쪽 단부에 있는 양면 플라스크 셀 (530)의 외부 평평한 측면을 나타내는 개략적인 측면 입면도이다. 점선은 반대면의 평평한 벽 판 부분에 중앙에 위치한 하나의 큰 무게줄임용 구멍을 덧대는 보강재 링 (580)을 나타낸다. 유체 도관 및 출입구 진입 관통부들을 갖는 진입로 피팅 (150)을 특징으로 하는 셀 (530)은 종방향 격벽들 (520), 주갑판 (511) 및 내부 바닥 (560)에 의해 정의된 (이 도면상에서) 경계를 갖는 해양 선박 (500)의 단열 선창 내에 위치한다. 선창의 내부는 단열재 (120)로 덧대어 있는데, 단열재 (120)는 셀 (530)의 가장자리와 접촉하지 않지만 충분히 두껍고 그 반원형 바닥을 지지하기 위한 형상의 오목부를 갖는다. 종방향 격벽들 (520)은 선체의 외판 (510)으로부터 잘 이격되어 넓은 현측 공간을 생성하여, 선체에 측면 충격이 발생하는 경우에 화물 공간을 손상으로부터 보호한다. 현측 공간이 선박 폭의 20 % 이상인 경우 대부분의 코드들은 화물창이 측면 충격으로 관통되지 않는다고 가정한다.
내부 바닥 (560)은 그림 5B에서 개략적으로 예시된 바와 같이, 실시예 (500)에서 횡격벽 (570)에 의해 지지된다. 종래의 보강 및 심늑골들은 본 도면에 예시된 것과 같은 횡격벽들 (570) 사이의 내부 바닥 (560)을 지지하도록 전형적으로 구성될 것이다.
그림 5C는 실시예 (500)에서 해양 선박의 단열 선창내의 양면 플라스크 셀 (531)의 개략적인 단면 입면도이며, 이는 평강 보강재 (580)에 의해 안정화되는 평탄한 벽 판 부분에 중앙에 위치한 큰 무게줄임용 구멍을 도시한다. 셀 (531)은 종 격벽들 (520), 주갑판 (511) 및 내부 바닥 (560)에 의해 정의된 (이 도면상에서) 경계를 갖는 실시예 (500)에서 해양 선박의 단열 선창 내에 위치한다. 화물창의 내부는 단열재 (120)로 덧대어 있는데, 단열재 (120)는 셀 (531)의 가장자리와 접촉하지 않지만, 충분히 두껍고, 그 반원형 바닥을 지지하기 위한 형상의 오목부를 갖는다. 종격벽들 (520)은 선체의 외판 (510)으로부터 잘 이격되어 넓은 현측 공간을 생성하여, 선체에 측면 충격이 발생하는 경우에 화물 공간을 손상으로부터 보호한다.
내부 바닥 (560)은 그림 5C에 개략적으로 도시된 바와 같이, 실시예 (500)의 횡격벽 (570)에 의해 지지된다. 종래의 보강 및 심늑골은 전형적으로 본 도면에서 예시된 것과 같은 횡격벽들 사이의 내부 바닥 (560)을 지지하도록 구성될 것이다.
그림 6A, 6B 및 6C는 본 공표의 한 실시예에 따라 유체 화물의 저장 또는 운송을 위한 해양 선박 (선박 또는 바지선)의 단열 선창 내에 갇혀 있는 상호의존적 셀들의 인접한 평탄한 벽 판 부분들에 마련된 벽 관통 무게줄임용 구멍들이 있는 2개의 다중 셀 복합 탱크 장치 실시예 (600) (불특정 수량의 셀들로 구성됨)를 개략적으로 도시한다. 2개의 셀 배열들은 서로 평행하게 가도록 배치된다 (나란히 있지만 서로 접촉하지 않음). 명료하고 쉬운 발표를 위해, 내부 유체 도관들 (배관 매니폴드들 및 라이저들) 중 어느 것도 그림 6A, 6B, 및 6C에 도시되지 않는다. 동일한 이유로, 선체 구조물의 종래의 보강은 그림 6A, 6B, 및 6C에 묘사되어 있지 않다.
그림6A는 해양 선박의 단열 선창 내에서 실시예 (600)의 2개의 다중 셀 복합 탱크 장치의 상부를 가로지르는 개략적인 평면도이다. 선박의 화물창의 둘레는 종격벽들 (520)과 횡격벽들 (550A 및 550B)에 의해 정의된다. 선창의 내부는 극저온 화물 유체와 관련된 온도로부터 해양 선박의 선체의 건조에 통상적으로 사용되는 금속을 보호하는 안창으로서 설계 및 설치될 수 있는 단열재(120)로 덧대어진다. 본 실시예에서, 우리는 외판 (510), 격벽들 (520, 550A, 및 550B) 및 지지 보강 구조물들이 연강 또는 저합금강으로 만들어진다고 가정할 수 있다. 화물창의 양단부들에 있는 강하게 보강된 영역들 (540)은 양면 셀들의 선형 배열들 각각의 단부에 있는 셀들 (630)로부터 단열재 (120)를 통해 전달되는 압력을 전달하기 위한 단부 격벽들 (550A 및 550B)을 효과적으로 지지하도록 설계된다. 보강 단부 구조물들 (540)은 주로 전단에 의해 선체의 종방향 구조로 전달하기 위해 저장 셀 (530)로부터 오는 압력 유도 하중을 받아낸다. 종래의 선체 강도 분석은 화물창 단부 격벽들 (550A 및 550B)에 대한 임의의 압력 유도 하중에 의해 부과되는 추가적인 응력을 감안해야 한다.
불특정 수량의 양면 셀들 (631)은 실시예 (600)에서 선형으로 정렬되어, 선창 내의 복합 탱크들 각각의 단부 셀들 (630)의 전방 및 후방 단부들 사이에 연속적인 저장 용적을 제공한다. 모든 셀들의 평평한 면들은 특정 선형 배열에서 이웃들과 같은 높이로 접촉한다. 인접한 셀과 접촉하는 셀들의 평평한 면들에는 각 복합 탱크의 모든 셀들에 유체 (및 압력) 연속성을 제공하는 벽 관통 구멍들이 포함된다. 셀들의 직선, 선형 배열은 종격벽들 (520)에 의도하지 않은 압력이 가해지지 않도록 할 수 있다. 2개의 배열들과 종방향 격벽들 (520)을 덧대는 단열재 및 셀들의 곡선 모서리들 사이에 비교적 넓은 공간이 개방된 채로 남겨질 수 있다. 셀들과 종격벽들 (520)을 덧대는 단열재 사이에 접촉이 없는 경우, 종래의 보강 관례가 이들 격벽의 설계를 위해 적용될 수 있다.
실시예 600에서, 각각의 단부 셀들 (630)은 유체 도관 및 출입구 진입 관통부들을 갖는 진입로 피팅 (150)을 특징으로 한다.
그림 6B는 해양 선박의 단열 선창 내에서 실시예 (600)에서 2개의 복합 탱크들을 구성하는 양면 셀들의 2개의 선형 배열들 양단에서 양면 플라스크 셀들 (630)의 외부 평탄면을 나타내는 개략적인 측면 입면도이다. 점선은 이들 셀들 (630) 각각의 반대면의 편평한 벽 판 부분에 중앙에 위치한 하나의 큰 무게줄임용 구멍을 덧대는 보강재 링 (580)을 나타낸다. 유체 도관 및 출입구 진입 관통부들을 갖는 진입로 피팅들 (150)을 특징으로 하는 셀들 (630)은 종격벽들 (520), 주갑판 (511) 및 내부 바닥 (560)에 의해 정의된 (이 도면상에서) 경계를 갖는 해양 선박 (600)의 단열 선창 내에 나란히 위치한다. 선창의 내부는 단열재 (120)로 덧대어 있는데, 단열재 (120)는 셀들 (630)의 수직으로 있는 반경 모서리들과 접촉하지 않지만, 충분히 두껍고, 그들의 반원형 바닥들을 지지하기 위한 모양의 오목부를 갖는다. 본 실시예에서, 종격벽들 (520)은 선체의 외판 (510)으로부터 잘 이격되어, 선체에 측면 충격이 발생하는 경우에 손상으로부터 화물 공간을 보호하기 위해 넓은 현측 공간을 생성한다.
실시예 (600)에서, 내부 바닥 (560)은 그림 6B에 예시된 바와 같이 횡격벽 (570)에 의해 지지된다. 종래의 보강 및 심늑골들은 본 도면에서 예시된 것과 같은 횡격벽들 (570) 사이의 내부 바닥 (560)을 지지하도록 전형적으로 구성될 것이다.
그림 6C는 실시예 (600)의 해양 선박의 단열 선창 내에 나란히 위치하는 2개의 양면 플라스크 셀들 (631)의 개략적인 단면 입면도로서, 평강 보강재들 (580)에 의해 안정화되는 그들의 평평한 벽 판 부분들에 중앙에 위치한 큰 무게줄임용 구멍들을 예시한다. 실시예 (600)에서, 셀들 (631)은 종격벽들 (520), 주갑판 (511) 및 내부 바닥 (560)에 의해 정의된 (이 도면상에서) 경계를 갖는 해양 선박의 단열 선창 내에 위치한다. 선창의 내부는 단열재 (120)로 덧대어 있는데, 단열재 (120)는 셀들 (630)의 수직으로 있는 반경 모서리들과 접촉하지 않지만, 충분히 두껍고, 그들의 반원형 바닥들을 지지하기 위한 모양의 오목부들을 갖는다. 본 실시예에서, 종격벽들 (520)은 선체 외판 (510)으로부터 의 잘 이격되어, 선체에 측면 충격이 발생하는 경우에 손상으로부터 화물 공간을 보호하기 위해 넓은 현측 공간을 생성한다.
내부 바닥 (560)은 그림 6C에 도시된 바와 같이 횡격벽 (570)에 의해 지지된다. 종래의 보강 및 심늑골들은 본 도면에서 예시된 것 (570)과 같은 횡격벽들 사이의 내부 바닥 (560)을 지지하도록 전형적으로 구성될 것이다.
본 공표에서 사용되는 바와 같이, "최외향의 편평한 측면 판 부분들을 지지하는 충분한 강성" 및 "배열의 적어도 2개의 편평한 측면 상호의존적 셀들이 과잉 팽창 및 변위로부터 방지된다"라는 문구는 편평한 측면 판 부분들과 예를 들어, 부벽식 철근 콘크리트 단부 또는 복합 탱크의 구조적 외장의 측벽 사이에 있는 단열재의 특정된 층이 충분히 단단하여 판 부분들이 몇 개의 벽 두께 이상으로, 극단적인 경우 매우 큰 치수들의 판들을 가진 셀들 너비가 30-120 피트이고 높이가 40-150 피트 시 25벽 두께 이상으로 바깥쪽으로 처질 수 없다는 것을 의미한다; 그러나, 본 공표에서 목표로 하는 내부 작동 압력을 견딜 수 있는 단열재, 예를 들어 고밀도 발사 목재로 덧댄 부벽식 철근 콘크리트 외장들 (또는 보강된 선박들의 화물창 격벽들)의 실제 적용 시 최대 중심 스팬 처짐은 특정한 실시예들에서 약 5 셀 벽 두께 미만으로 일반적으로 제한될 것이며, 그리고 특정한 극단적인 실시예들에서는 약 10 셀 벽 두께 미만인데, 이는 내부 압력이 작동 또는 생존을 위한 목표 수준으로 적어도 2개의 평평한 옆면의 상호의존적 셀들의 배열 내에 설정될 때, 그 배열의 적어도 2개의 평평한 옆면의 상호의존적 셀들이 이와 관련된 현재의 ASME 보일러 및 압력 용기 코드에 따라 허용할 수 없는 응력 또는 붕괴를 발생시킬 수 있는 정도로 팽창 및 변위되는 것이 방지되는 것이며, 다음의 예 계산들에 의해 입증된 바와 같이 ASME SVIII-Div2, Type 1 최소 2개의 양면 플라스크 셀들의 배열로 구성된 복합 탱크로 다음과 같은 설계 매개변수들(파라미터)을 가짐:
작동 압력, P = 225 psig (~15 barg);
겉판 재질 - SA553 (100 ksi 의 인장 강도를 갖는 9% Ni)으로 이 예에 언급된 ASME 코드에 따라 작동 조건에서 약 41.7 ksi의 최대 응력을 전달할 수 있다 (용접 사양은 용접부가 복합 탱크의 약점이 되지 않도록 용접 재료가 과하게 일치하도록 해야 한다);
이 예에서 복합 탱크를 구성하는 배열 내의 양면 셀들의 수는 3개이다 (하나의 셀이 2개의 단부 셀들 사이에 끼워져 이 복합 탱크가 동일한 평면으로 접촉하는 편평한 벽 측면 판들의 단지 2쌍 만을 구성함을 의미함);
개별 셀들의 주요 치수는 높이가 64피트, 너비가 40피트, 양면 셀들의 평면 판 부분들을 연결하는 반경형 부재들의 반경이 7.38피트이다;
모든 3개의 셀들의 겉판은 0.75 인치 (즉, 벽 두께, T, = 0.75 인치 또는 약 19mm; 그러나, 상단 및 하단 끝 뚜껑들의 벽 두께는 뚜껑이 중앙체에 용접될 셀들의 중앙체의 겉판/벽 두께와 일치하거나 거의 일치하기 위해 접선 테이퍼 전이 모서리로 해서 제조 및 취급을 용이하게 하기 위해 몇 밀리미터 더 두껍게 지정될 수 있다;
인접한 셀의 인접한 동일한 평면으로 접촉하는 평탄한 벽 판의 구멍 또는 구멍들과 일치하도록 평탄한 벽 판들에서 절단되거나 제작될 수 있는 벽 관통 무게줄임용 구멍들의 크기 (즉, 제거된 임의의 벽 재료에 대한 대체로서 구멍의 둘레 주위 또는 근처에서 보강이 계획되지 않는다면 각각의 편평한 벽 판으로부터 제거될 수 있는 재료의 양)는 아래와 같은 초기 설계 목적을 위해 추정될 수 있는데, 이 예시적인 실시예를 위해 단지 하나의 중앙에 위치한 타원형 벽 관통 무게줄임용 구멍이 이러한 3-셀 복합 탱크의 중앙 셀의 2개의 평탄한 벽 판 측면들 각각에 마련된다고 가정하고 (인접한 평평한 벽 판 측면들의 서로 일치하는 무게줄임용 구멍들과 정렬됨) 외장 단부 벽 및 단열 안창의 강성은 최외향 평탄한 측면 판 부분들의 중앙 부분의 처짐을 5 셀 벽 두께 미만으로 제한하기에 적절하다고 가정한다 (비고 - 정수두(수압)는 단순성 / 명확성을 위해 무시된다);
벽을 통해 절단된 타원형 구멍의 수직 범위, Hcut, 는 제한되어, 중앙 셀의 좁은 치수를 가로질러 수직으로 평면 절단되고 중앙에 위치한 타원형 벽 관통 구멍의 중간에서 셀의 너비와 직교하는 셀 겉판 내 수평 응력 성분 (내부 압력, P, 으로 인해 각 셀의 바깥쪽 가장자리를 따라 아래에서 위로 수직으로 이어지는 반경형 부재의 내부 표면에 수평으로 작용)이 방정식 1에 정의되어:
Figure pct00001
(1)
위에서 언급한 허용 응력 값의 약 95%를 초과하지 않거나, 위에서 언급한 허용 응력 값의 약 99%를 초과하지 않도록 한다; 그리고
벽을 통해 절단된 타원형 구멍의 수평 범위, Wcut, 는 제한되어, 중앙에 위치한 타원형 벽 관통 구멍의 가운데에 있는 셀을 가로질러 수평으로 평면 절단되는 수직 응력 성분 (내부 압력, P, 으로 인해 상단 뚜껑/경판의 내부 표면에서 수직으로 위쪽으로 작용)이 방정식 2에 의해 정의되어:
Figure pct00002
(2)
위에서 언급 한 허용 응력 값의 약 95%를 초과하지 않거나, 위에서 언급 한 허용 응력 값의 약 99%를 초과하지 않도록 하며, 평평한 벽 패널들에 직접 작용하는 적당한 내부 작동 압력으로 인한 직교 응력과 지지 단열 안창 및 구조 외장의 강성에 의해 제한되는 얇은 (0.75인치) 벽을 가로지르는 굽힘 유도 응력을 설명하는 3축 응력 상태는 이러한 계산된 응력 성분과 위에서 언급한 허용 응력 값 사이에 약간의 여유를 유지함으로써 수용되게 하여, 중앙에 배치된 타원형 관통 벽 무게줄임용 구멍의 수직 범위는 약 28.4피트 (H의 ~44%)로 제한되고 구멍의 수평 범위는 약 15.9피트 (W의 ~40%)로 제한된다. (복합 탱크 구조의 상세한 유한 요소 해석은 모든 시스템 요소에 걸친 응력 분포가 최종 설계에서 ASME 코드 허용치를 초과하지 않는지 확인하는 것이 요구되며, 주기적인 압력 하중이 예상되는 경우에는 각 복합 탱크의 서비스 및 제조 공정에 지정된 용접 및 검사 세부 사항을 고려하여 피로 수명 계산을 수행해야 한다.
실시예들 (200, 300, 400, 500, 및 600)은 많은 가능한 탱크 장치 및 방법들의 예시일 뿐이라는 것을 이해해야 한다. 셀들의 적합한 배열은 임의의 세로(종방향) 형상 (직선형, L형, 아치형, 예를 들어 S형)을 가질 수 있고, 하나 이상의 평행 및/또는 직렬 배열된 영역을 가질 수 있다. 배 선창은 직사각형, 타원형, 원형, V자형, U자형 등과 같은 임의의 횡 (단면) 형상을 가질 수 있다. 단면 형상은 선박 또는 다른 수송 기구의 길이에 따라 동일하거나 상이할 수 있다.
탱크 장치 또는 이의 개별 셀들에 들어오고 나가는 유체의 유속들은 도관들의 치수, 유체들 및 셀들의 압력, 탱크 장치 및 셀들의 크기, 흐름 제어 장치들 (오리피스들, 제어 밸브들, 인라인 믹서들 등과 같은)의 존재 여부, 유체들의 온도, 유체들의 점도를 포함하는 많은 요인들에 따라 달라지지만, 일반적으로 탱크 장치 내로의 유체들의 유량은 약 5 gpm 내지 약 5000 gpm (약 1.136 cbm/hr 내지 약 1,136 cbm/hr), 또는 약 20 gpm 내지 약 500 gpm (또는 약 4.544 cbm/hr 내지 약 113.6 cbm/hr), 또는 약 50 gpm 내지 약 300 gpm (약 11.36 cbm/hr. 내지 약 68.16 cbm/hr.) 의 범위일 수 있다.
특정 실시예들은 탱크 장치 안팎으로 유체들의 유동을 위한 공정 제어 계획을 포함할 수 있다. 예를 들어, 주 공정 제어기는 피드백 제어, 피드포워드 제어, 캐스케이드 제어 등을 포함하는 임의의 수의 제어 논리를 제공하도록 구성될 수 있다. 본 공표는 단일 주 공정 제어기로 제한되지 않는데, 제어기의 임의의 조합이 사용될 수 있기 때문이다.
특정 실시예들에서, 기체, 액체, 또는 열 전달 유체로서 기능하거나 또는 변형될 수 있는 기체 및 액체 조성물들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 열 전달 유체에 의해 탱크 장치는 냉각 또는 가열될 수 있다. 기체 열 전달 유체들은 주위 공기 및 처리된 공기 (수분을 제거하기 위해 처리된 공기용)를 포함한 공기, 불활성 무기 가스, 예를 들어 질소, 아르곤 및 헬륨, 불활성 유기 가스, 예를 들어 불소계 (플루오로-), 염소계 (클로로-) 및 염화불화탄소 (클로로플루오로카본), 과불화 버전, 예를 들어 사불화탄소 (테트라플루오로메탄), 헥사플루오로에탄, 및 테트라플루오로에틸렌 등, 및 불활성 가스와 수소와 같은 비활성 가스의 작은 부분의 혼합물 등으로부터 선택될 수 있다. 열 전달 액체들은 유기, 무기 또는 이들의 일부 조합일 수 있는 불활성 액체, 예를 들어 염 용액, 글리콜 용액, 오일 등으로부터 선택될 수 있다. 다른 가능한 열 전달 유체들은 증기, 이산화탄소 또는 질소와의 혼합물을 포함한다. 열 전달 유체들은 고급 염화불화탄소과 같은 기체 및 액체상 모두를 포함하는 조성물일 수 있다.
비록 본 공표의 단지 몇 가지 예시적인 실시예들이 위에서 상세히 설명되었지만, 기술자들은 본 명세서에 기술되고 청구된 새로운 장치 및 공정들로부터 실질적으로 벗어나지 않으면서 예시적인 실시예들에서 많은 변형들이 가능하다는 것을 쉽게 이해할 것이다. 따라서, 이러한 모든 변경들은 다음의 청구항들에 정의된 바와 같이 본 공표의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다. 청구항들에서 "수단"이 관련 기능과 함께 명시적으로 인용되지 않는 한 35 U.S.C. § 112(f)에서 허용하는 수단 및 기능 형식으로 의도된 조항은 없다. "수단"의 절들은 인용된 기능을 수행하는 것으로서 본 공표에 기술된 구조들을 포괄하기 위한 것이며, 구조적 등가물들뿐만 아니라, 등가적인 구조들도 포함한다.

Claims (23)

  1. 상압에서 중간 정도의 압력 또는 그 근처의 압력에서 유체 격납을 위한 복합 탱크 장치로 다음과 같이 구성된다:
    a) 금속 또는 비금속 재료로 만들어진 비교적 얇은 겉판 셀 벽들을 갖는 적어도 2개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀들의 배열로서, 상기 적어도 2개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀들 각각은 적어도 2개의 평평한 벽 판 부분들이 있는데 반경형 부재들에 연결되어, 적어도 2개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀들의 모든 평평한 벽 판 부분들은 서로간 동일한 평면으로 접촉하거나 또는 둘러싸는 구조물 (또는 상기 둘러싸는 구조물의 평평한 표면들 내부에 덧대는 단열재)의 평평한 지지 판들과 같은 평면으로 접촉하게 배치되며, 둘러싸는 구조물은 적어도 2개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀들의 배열을 둘러싸고, 그러한 적어도 2개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀들의 각각은 반경형 부재들에 연결되는 평평한 벽들로 구성된 셀 중앙체들의 상부 및 하부 끝단들을 각기 연결하는 상부와 하부 뚜껑을 가짐;
    b) 적어도 2개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀들로서, 복합탱크 내의 적어도 2개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀들의 동일한 평면으로 접촉하는 평평한 벽 판 부분들의 인접한 쌍들 내에 마련되는 무게줄임용 벽 관통 구멍들의 적어도 하나의 서로 일치하는 쌍의 둘레 주위에 서로간에 밀봉되며, 무게줄임용 벽 관통 구멍들의 모든 쌍들의 둘레는 상대적인 움직임에 구조적으로 버티고 격납으로부터 유체의 누출을 방지하기 위해 충분하게 밀봉되어야 함;
    c) 내부 표면 및 외부 표면을 갖는 둘러싸는 구조물, 및 덮개로서, 상기 둘러싸는 구조물 및 덮개는 적어도 2개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀들의 배열의 외부 부분에서 상기 적어도 2개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀의 외부 평면측 벽 부분들을 지지하기에 충분한 구조적 강도 및 충분한 엄격성을 갖는 환경적 격리를 제공하도록 설정되며, 내부 압력이 작동 또는 생존을 위한 목표 수준에서 적어도 2개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀들의 배열 내에 설정될 때 배열의 적어도 2개의 편평한 측면 상호의존적 셀들이 과잉 팽창 및 변위로부터 방지됨; 그리고
    d) 선택적으로, 둘러싸는 구조물의 내부 표면 또는 외부 표면에 덧대는 단열재의 하나 이상의 층.
  2. 청구 제1항의 복합 탱크 장치에 있어서, 상기 셀 벽들은 강철 합금 또는 알루미늄 합금으로부터 선택되고, 셀 벽들은 전형적으로 약 25.4mm 보다 훨씬 작은 두께에서 약 76.2mm까지의 두께 범위를 가진다.
  3. 청구 제1항의 복합 탱크 장치에 있어서, 상기 셀 벽들은 섬유가 스며든 인조 고무 시트, 섬유-수지 매트릭스, 또는 철-시멘트 재료로부터 선택된다.
  4. 청구 제1항의 복합 탱크 장치에 있어서, 무게줄임용 관통-구멍들의 모든 쌍들의 둘레는 동일한 평면으로 접촉하는 평평한 벽 판 부분들의 인접한 쌍들을 결합하는 연속 용접물로 밀봉된다.
  5. 청구 제1항의 복합 탱크 장치에 있어서, 배열의 적어도 2개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀들은 작동 압력 하에서 허용 가능한 수평 및 수직 응력 값의 약 95%를 초과하는 수평 및 수직 응력을 유도하는 한계를 넘어 팽창 및 변위되는 것을 방지하도록 설정된다.
  6. 청구 제1항의 복합 탱크 장치에 있어서, 배열의 적어도 2개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀들은 작동 압력 하에서 허용 가능한 수평 및 수직 응력 값의 약 99%를 초과하는 수평 및 수직 응력을 유도하는 한계를 넘어 팽창 및 변위되는 것을 방지하도록 설정된다.
  7. 청구 제1항의 복합 탱크 장치는 통상의 주변 조건과 상이한 적어도 10°C 차이 나는 온도에서 격납되어야 하는 유체들의 저장을 위해 설정된다.
  8. 청구 제1항의 복합 탱크 장치는 약 영하 40°C 이하의 온도에서 유체를 수용 및 저장하려고, 비극저온 (연합금 또는 저합금) 강철로 구성된 둘러싸인 구조, 그리고 취성 파괴의 위험으로부터 강철을 보호하기 위한 장벽을 확립하기에 충분한 하나 이상의 단열재 층들로 설정된다.
  9. 청구 제1항의 복합 탱크 장치는 하나 이상의 유체 진입로들, 구멍들, 또는 유체의 주입 및 인출을 위한 도관들을 포함한다.
  10. 청구 제9항의 복합 탱크 장치에 있어서, 유체 진입로들은 복합 탱크 장치를 구성하는 적어도 2개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀들의 하나 이상의 상부 또는 하부 뚜껑들 내로 뚫고 들어가는 하나 이상의 도관들을 포함하고, 이 도관들은 상호의존적 셀들 내에서 수평으로 연결되고 적어도 2개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀들의 배열의 인접한 내부 벽들까지 통하는 도관들과 결합해 동시 주입 및 토출을 할 수 있다.
  11. 청구 제1항의 복합 탱크 장치는 사람들이나 무인 장치들이 검사, 모니터링 및/또는 수리를 위해 적어도 2개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀들 모두의 내부에 접근할 수 있도록 하기 위해 하나 이상의 상부 장착 진입로 피팅들을 포함한다.
  12. 청구 제1항의 복합 탱크 장치는 복합 탱크 장치 내로 유체를 주입하거나 복합 탱크 장치로부터 유체를 인출할 목적으로 1개 이상의 적어도 2개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀들의 상단 뚜껑을 통해 압력 적격 유체 도관들을 구성하는 하나 이상의 상부 뚜껑-장착 진입로 피팅들을 포함한다.
  13. 청구 제1항의 복합 탱크 장치는 복합 탱크 장치 내로 유체들을 주입하거나 복합 탱크 장치로부터 유체들을 인출할 목적으로 하나 이상의 적어도 2개 편평한 옆면의 상호의존적 셀들의 하단 뚜껑을 통해 압력 적격 유체 도관들을 구성하는 하나 이상의 하부 뚜껑-장착 진입로 피팅들을 포함한다.
  14. 청구 제1항의 복합 탱크 장치는 복합 탱크 장치를 구성하는 상호의존적 셀들의 인접한 벽들을 가로지르는 무게줄임용 벽 관통 구멍들을 통해 복합 탱크 장치의 최소 두 개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀들의 모두로 확장되는 최소 하나의 내부적으로 상호 연결하는 매니폴드를 포함한다.
  15. 실질적으로 금속성 복합 탱크 시스템을 만드는 방법:
    a) 비교적 얇은 겉판들을 갖는 적어도 2개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀들을 생성하기 위해 복수의 얇은 금속성 평탄한 벽 판 부분들, 복수의 금속성 반경형 부재들, 및 복수의 금속성 상부 및 하부 뚜껑들을 마련함;
    b) 상기 복수의 얇은 금속성 편평한 벽 판 부분들에 필요한 곳에 하나 이상의 진입로들을 선택적으로 마련함;
    c) 상기 복수의 금속성 상부 및 하부 뚜껑들에 필요한 곳에 하나 이상의 관통부들을 선택적으로 마련함;
    d) 상기 평탄한 판 부분들을 상기 복수의 반경형 부재들의 접선 모서리들에 고정시켜 복수의 셀 몸체들을 형성하고, 상기 복수의 금속성 상부 및 하부 뚜껑들 (그들의 접선 모서리들을 가짐)을 상기 복수의 셀 몸체들에 고정시켜 비교적 얇은 겉판들을 갖는 적어도 2개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀들을 형성함;
    e) 비교적 얇은 겉판들을 갖는 적어도 2개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀들을 배치시켜, 적어도 2개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀들의 편평한 벽 판 부분들 모두가 서로 동일한 평면으로 접촉되거나 또는 상기 둘러싸는 구조물 (또는 상기 둘러싸는 구조물의 내부를 덧대는 단열재)의 편평한 지지 판들과 동일한 평면으로 접촉하여 적어도 2개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀들의 둘러싼 배열을 형성함;
    f) 적어도 2개의 평탄한 측면의 상호의존적 셀들을 서로간에 밀봉하는데, 복합탱크 내의 적어도 2개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀들의 동일한 평면으로 접촉하는 평평한 벽 판 부분들의 인접한 쌍들 내에 마련되는 무게줄임용 벽 관통 구멍들의 적어도 하나의 서로 일치하는 쌍의 둘레 주위와, 무게줄임용 벽 관통 구멍들의 모든 서로 일치하는 쌍들의 둘레는 상대적인 움직임에 구조적으로 버티고 격납으로부터 유체의 누출을 방지하기 위해 충분하게 밀봉되어야 함; 그리고
    g) 내부 표면 및 외부 표면을 갖는 밀폐 구조물, 그리고 덮개, 상기 밀폐 구조물 및 덮개는 적어도 2개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀들의 배열의 외부 부분에서 적어도 2개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀들의 외부 평평한 측면 판 부분들을 지지하기에 충분한 구조적 강도 및 충분한 강성을 갖는 환경적 격리를 제공하도록 구성되어, 내부 압력이 작동 또는 생존을 위한 목표 수준에서 적어도 2개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀들의 배열 내에 설정될 때, 배열의 적어도 2개의 편평한 옆면의 상호의존적 셀들이 결과 응력들이 관련된 압력 용기 코드 허용치들을 초과하거나 구조적 불안정이 발생하는 정도까지 팽창 및 변위되는 것을 방지함.
  16. 유체 격납을 위한 복합 탱크 장치의 적어도 2개의 편평한 옆면의 셀들의 배열의 상부 및 하부로부터 동일하거나 상이한 유체를 유동시키고 추출하는 방법, 적어도 2개의 편평한 옆면의 셀들의 배열의 인접한 셀들의 인접한 평평한 벽 판 부분들에서 벽 관통 무게줄임용 구멍들을 갖는 복합 탱크 장치, 상부 뚜껑 및 하부 뚜껑을 각기 갖는 셀들, 구성하는 방법은:
    (a) 복합 탱크 장치를 구성하는 적어도 2개의 편평한 측면의 셀들의 배열의 모든 인접한 셀들의 인접한 평평한 벽 판 부분들에서 무게줄임용 구멍들을 통해 내부적으로 연장하는 상부 및 하부 수평 유체 전도성 매니폴드들을 마련;
    (b) 상부 수평 유체 전도성 매니폴드로부터 상기 탱크 장치를 구성하는 셀들의 배열 내의 각 셀의 상부 뚜껑의 상부 부근까지 유동적으로 연결되고 구동되는 첫번째 다수의 라이저들을 마련하여, 각 셀의 상부로부터 상부 수평 유체 전도성 매니폴드까지의 유동로를 마련함;
    (c) 하부 수평 유체 전도성 매니폴드로부터 복합 탱크 장치를 구성하는 셀의 배열내에서 각 셀의 하단 뚜껑의 바닥 부근까지 유동적으로 연결되고 구동되는 두번째 다수의 라이저들을 마련하여, 각 셀의 바닥으로부터 하부 수평 유체 전도성 매니폴드로의 유동로를 마련함;
    (d) 상부 수평 유체 전도 매니폴드로부터 복합 탱크 장치를 구성하는 셀들의 배열 내의 적어도 하나의 셀의 상부 뚜껑 또는 하부 뚜껑 상의 진입로 피팅을 통해 유동적으로 연결되고 구동되는 적어도 하나의 제3 라이저를 마련함;
    (e) 하부 수평 유체 전도성 매니폴드로부터 복합 탱크 장치를 구성하는 셀들의 배열내의 적어도 하나의 셀의 상부 뚜껑 또는 하부 뚜껑 상의 진입로 피팅을 통해 유동적으로 연결되고 구동되는 적어도 하나의 제4 라이저를 마련함; 그리고
    (f) 제1 특정된 압력 및 제1 온도의 저밀도 유체를 적어도 하나의 제3 라이저를 통해 첫번째 측면의 복합 탱크 장치의 상부 내외로 유동시키면서, 동일하거나 상이한 화학적 조성 및 제2 특정된 압력 및 제2 온도의 고밀도 유체를 적어도 하나의 제4 라이저를 통해 첫번째 측면의 복합 탱크 장치를 구성하는 셀들의 배열내 셀들 하부의 내외로 유동시켜 목표 압력 및 온도 체제가 복합 탱크 장치 내에서 유지되도록 하는 방식으로 함.
  17. 청구 제1항의 복합 탱크 장치에 있어서, 복합 탱크 장치는 다음 중에서 선택된 설비의 한 부분으로서 제작되어야 한다:
    a) 육지에 영구적으로 고정된 또는 일시적으로 위치한 저장 시설,
    b) 운송 가능한 ISO 컨테이너;
    c) 육로 운송용 트레일러;
    d) 철도 운송을 위한 철도 화물 차량 또는 철도 연료 차량;
    e) 바지선 또는 선박 내부 또는 위에 화물 또는 연료 격납.
  18. 청구 제16항의 방법에 있어서, 복합 탱크 장치는 LNG, NGL, NH3, CO2 및 H2로부터 선택된 유체들을 고밀도 기체로, 액체로 또는 분자 슬러리에 포획 (예를 들어, HydrilyteTM라는 상표명으로 공지된 물질과 같이 광물유에 현탁된 마그네슘 하이드라이드)하여 저장하는 데 사용된다.
  19. 청구 제16항의 방법에 있어서, 복합 탱크 장치는 LNG, NGL, NH3, CO2 및 H2로부터 선택된 유체들을 고밀도 기체로, 액체로 또는 분자 슬러리에 포획 (예를 들어, HydrilyteTM 같이 광물유에 현탁된 마그네슘 하이드라이드)하여 운송하는 데 사용된다.
  20. 청구 제15항의 방법에 있어서, 상기 복합 탱크 장치의 1차 격납을 설정하기 위해 상기 셀 배열내의 모든 셀들을 구조적으로 결합시키는 것이 포함되는데, 서로 일치하는 벽 관통 구멍들이 인접한, 동일한 평면으로 접촉하는 평탄한 벽 판 부분들에서 개방되고, 그들의 정렬된 둘레들이 상대적 움직임에 구조적으로 저항하고 격납된 유체의 누출을 방지하는 방식으로 용접되거나 함께 죄어 고정된다.
  21. 청구 제15항의 방법에 있어서, 상기 복합 탱크 장치의 1차 격납을 구성하는 통합 셀 배열 내 모든 셀들을 유동적으로 연결하는 구성으로, 상기 하부 뚜껑들 및 상부 뚜껑들 내부로부터 그리고 각 셀의 가장 낮은 지점과 가장 높은 지점 부근에서 상승 라이저 및 하강 라이저 관 부분들을 연결하는 하부 및 상부 매니폴드들이 있는 상기 복합 탱크 장치의 셀들의 평탄한 벽 판 부분들을 통해 내부 유동 경로들을 확립하는데, 이러한 하부 및 상부 매니폴드들은 복합 탱크의 적어도 하나의 셀의 겉판을 단단히 관통하여 복합 탱크의 1차 격납에 주입 및 추출을 가능하게 하는 라이저 요소들을 포함한다.
  22. 청구 제21항의 방법은 상기 복합 탱크 장치의 모든 부분들로부터 내부 유동 경로를 확립하기 위해 상기 복합 탱크 장치의 1차 격납을 구성하는 셀 배열 내 모든 셀들을 유동적으로 연결하기 위함으로, 매니폴드된 유동 경로들에는 유체들의 1차 격납을 효과적으로 채우고 배출하기 위해 1차 격납의 내부 용적의 모든 하부 및 상부 극단들에 충분히 가까이 도달하는 분기들이 포함된다.
  23. 청구 제21항의 방법은 상기 복합 탱크 장치의 모든 부분들로부터 내부 유동 경로를 확립하기 위해 상기 복합 탱크 장치의 1차 격납을 구성하는 셀 배열 내 모든 셀들을 유동적으로 연결하기 위함으로, 복합 탱크 장치의 방향은 가로 경사로 편향되어 모든 셀들의 하단 뚜껑들이 하부 배관 매니폴드 또는 그 분기들 중 하나에 부착된 라이저의 흡입구에서 또는 그 부근에서 각각 결정적인 저점을 가지게 해 액체 또는 고밀도상 유체들이 탱크를 효과적으로 채우고 배출하게 하고, 또한 상부 배관 매니폴드 또는 그 분기들 중 하나에 부착된 라이저의 흡입구에서 또는 그 부근에서 각각 결정적인 고점을 가지게 해 더 가벼운 고밀도상 또는 기체상태의 유체들이 탱크를 효과적으로 채우고 제거하게 한다.
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