WO2009131330A2 - 직교 등방성을 가지는 신축성 금속 멤브레인 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a flexible metal membrane having orthogonal isotropes that are pleated to have elasticity that can be used for storage tanks for storing cryogenic fluids such as liquefied natural gas.
  • liquefied natural gas is a cryogenic liquid having a boiling point of -162 ° C under atmospheric pressure, and is stored in a storage tank having multiple structures for thermal insulation.
  • the LNG storage tank is composed of an inner tank made of a metal membrane and a heat insulating layer surrounding the inner tank to safely store cryogenic LNG so that generation of vaporized gas due to the amount of infiltrating heat from the outside is minimized.
  • the metal membrane since the metal membrane is in direct contact with the LNG in cryogenic conditions, it is made of a metal material resistant to low temperature brittleness to cope with stress changes, and has a structure capable of expanding and contracting against repeated temperature changes and load changes of LNG.
  • the edges of the other neighboring metal membranes are fabricated so that they are welded together by overlap welding to maintain the tightness of the storage tank.
  • FIG. 1 and 2 are perspective views illustrating a metal membrane of an LNG storage tank according to a conventional embodiment, and show “Connecting element for expansion joints” of US Pat. No. 3,118,523, wherein the wrinkles formed on the metal sheet (1, 2) The top or the cap part is connected to the square part 3 at the intersection of).
  • FIG. 3 is a perspective view illustrating a metal membrane of an LNG storage tank according to another exemplary embodiment of the present invention, and shows “Corrugated sheet-like yieldable wall element and vessels or tanks made of US Pat. No. 3,302,359”. Intersection areas 203 are formed at intersections of the pleats 202a and 202b formed in the cross-section.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a metal membrane of the LNG storage tank according to another conventional embodiment.
  • the metal membrane 10 of the LNG storage tank according to the prior art is designed to give elasticity so that excessive thermal stress does not occur in a structure that suffers from an extreme temperature difference such as an LNG storage tank, for example, a temperature difference of about 200 ° C. Longitudinal and transverse corrugations 11 and 12 are formed.
  • Japanese Patent Application Publication No. 50-21008 has a continuous hexagonal corrugated structure
  • a membrane with a Y-shaped intersection with an angle of 120 degrees has been proposed
  • Japanese Patent Application Publication No. 60-14959 a membrane having a triangle cross section and a trapezoidal corrugation perpendicular to the triangle fold is proposed.
  • Japanese Patent Application Laid-open No. 60-32079 proposes a stretchable structure in which wrinkles protrudingly formed on the surface are branched at at least one collecting portion.
  • Korean Patent Application No. 1994-11802 "Membrane structure for liquefied natural gas storage tank and manufacturing method thereof," has proposed a membrane composed of four corrugations and an annular cross section forming a cross shape, and "Liquidation of Patent Application No. 1994-11804".
  • Membrane structure for natural gas storage tank has proposed a four-legged membrane consisting of a body having a cross-shaped thermal insulation wrinkles and a curved node and an extension portion and a valley portion bent from the end of the body portion to the plate portion.
  • the metal membrane of the LNG storage tank according to the related art shown in FIG. 4 is formed with different heights of the cross sections so that the corrugations intersect with each other, and therefore, because of the asymmetrical shape of the cross sections, the longitudinal direction In-plane stiffness is more than twice that of lateral stiffness. Therefore, different thermal stresses occur depending on the direction at low temperatures, and the height of the acid formed in the pleats in the transverse direction at the cross section is relatively higher than that in the longitudinal pleats and collapses due to pressure generation due to sloshing or the like. Have a risk.
  • the surface stiffness of the metal membrane is largely dependent on the stiffness of the bidirectional bending intersection rather than the shape of the corrugation itself. Looking at the stiffness of the conventional metal membrane by direction, the height and width of the lateral corrugation is greater, so that the longitudinal surface stiffness is greater. The lateral stiffness is lower even though it must be small, due to the conventional metal membrane cross-sectional shape, because more corrugations are formed in the direction perpendicular to the transverse corrugations. Thus, the low-temperature shrinkage caused a problem that the lateral thermal stress of the metal membrane is significantly larger than the longitudinal direction.
  • the present invention has been made to solve the problems described above, by increasing the durability and airtightness by making the same bi-directional surface stiffness while reducing the surface stiffness, and makes the clamping easy and stable.
  • the flexible metal membrane having orthogonal isotropy is a metal membrane of a low temperature fluid storage tank in which corrugations are formed in the longitudinal direction and the transverse direction and intersect each other, the longitudinal and the transverse regions of the corrugations.
  • Bi-directional stretched portion is formed to connect each of the corrugations to enable stretching in the direction
  • bi-directional stretched portion has a protruding pyramid shape
  • a first groove portion is formed in the corner to which the side is connected
  • the corrugation is connected to the bi-directional stretched portion
  • a second groove is formed in the upper portion of the site, and a clamping portion protruding to clamp the clamping means is provided at both sides of the pleated end connected to the bidirectional stretching portion.
  • the flexible metal membrane having orthotropic isotropy is a metal membrane of a low temperature fluid storage tank in which corrugations are formed in a longitudinal direction and a transverse direction and intersect each other.
  • Bi-directional stretched portion is formed to connect each of the corrugations to enable stretching in the direction
  • bi-directional stretched portion has a protruding dome shape
  • wrinkles are formed in the neck portion connected to the bi-directional stretched portion
  • both sides of the bidirectional stretched portion with the corrugated It is characterized in that the clamping portion made of a recessed portion clamped by the clamping means is provided between the connecting portions.
  • Orthotropic isotonic stretchable metal membrane in the metal membrane of the low temperature fluid storage tank in which the corrugations are formed in the longitudinal direction and the transverse direction cross each other, cross-shaped protruding to the intersection of the corrugations
  • a bi-directional stretching part is provided between the cruciform branch portions so as to be stretched in the longitudinal direction and the transverse direction, respectively, and the bi-directional stretching part is formed to protrude from the wrinkles, thereby clamping the clamping means on both sides of the branch portion. Characterized in that the clamping portion is provided.
  • 1 and 2 are a perspective view showing a metal membrane of the LNG storage tank according to a conventional embodiment
  • FIG. 3 is a perspective view showing a metal membrane of the LNG storage tank according to another embodiment of the prior art
  • FIG. 4 is a perspective view showing a metal membrane of the LNG storage tank according to another conventional embodiment
  • FIG. 5 is a perspective view illustrating a flexible metal membrane having orthotropic isotropy according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a partially enlarged cross-sectional view illustrating a flexible metal membrane having orthogonal isotropy according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a view showing a clamping portion of a flexible metal membrane having orthotropic isotropy according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a perspective view illustrating a flexible metal membrane having orthogonal isotropy according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a partially enlarged cross-sectional view illustrating a flexible metal membrane having orthogonal isotropy according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a perspective view illustrating a flexible metal membrane having orthogonal isotropy according to a third embodiment of the present invention.
  • neck 251 main part
  • the curved intersections which determine the surface stiffness of the metal membrane, are composed of one of pyramid type, dome type and cross type to reduce the surface stiffness of the metal membrane while maintaining the same bidirectional stiffness.
  • the clamping portion is provided so that the clamping means of the welding robot or the conveying device can be easily clamped.
  • FIG. 5 is a perspective view illustrating a stretchable metal membrane having orthogonal isotropy according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a partially enlarged cross-sectional view illustrating the stretchable metal membrane having orthogonal isotropy according to the first embodiment of the present invention.
  • the flexible metal membrane 100 having orthotropic isotropy according to the first embodiment of the present invention is formed in the panel 110 made of metal in the longitudinal direction and the transverse direction and the corrugations (120,130) intersecting with each other, respectively It is formed, the bidirectional stretching portion 140 is formed at the intersection of the pleats (120, 130), the bidirectional stretching portion 140 has a pyramid (Pyramid) shape protruding.
  • the corrugations 120 and 130 are formed of first and second corrugations 120 and 130 which are formed so that the cross section forms a flat portion and a fillet and intersect, preferably orthogonal to each other, on the panel 110.
  • the first pleats 120 are formed in the panel 110 in the longitudinal direction, and are formed in plural so as to be parallel to each other, and allow the panel 110 to expand and contract in the lateral direction.
  • the second pleats 130 are formed in the panel 110 in the transverse direction, are formed in a number of side by side, to enable the longitudinal stretching of the panel 110.
  • the bidirectional stretching unit 140 has first and second pleats 120 and 130 respectively connected to the front, rear, left, and right sides of the intersections of the first and second pleats 120 and 130, and the same as the first and second pleats 120 and 130. It protrudes upward and has a pyramid shape having four side surfaces 141 to which the pleats 120 and 130 are connected. Therefore, the bidirectional stretching unit 140 enables the stretching in the longitudinal and transverse directions by the deformation of the pyramid shape.
  • the bidirectional stretching unit 140 is formed with a first groove 142 recessed to induce stretching at the corner, which is a portion at which the side surface 141 is connected.
  • the first groove 142 may provide a place for the clamping means of the welding robot or the device for transferring the metal membrane 100 along the guide rail to be inserted and clamped in place of the clamping portion 150 which will be described later. Can be.
  • the folds (120, 130) are formed in the second grooves (121, 131) recessed to induce stretching on the upper portion of the connection with the bi-directional stretching portion 140, respectively.
  • the clamping part 150 is provided in the bidirectional stretching part 140.
  • the clamping part 150 is formed to protrude on both sides of the ends of the pleats (120, 130) connected to the bi-directional stretching portion 140 to clamp the clamping means, as shown in Figure 5, the clamping means "A” and " Provides a place for clamping in the B "direction.
  • the clamping unit 150 is preferably formed such that the upper portion protrudes more than the lower portion as shown in FIG. 7 so that the clamping means suppresses the separation during the clamping.
  • the stretchable metal membrane 100 having orthotropic isotropy according to the first embodiment of the present invention is provided at the intersection of the corrugations 120 and 130 to be stretched and contracted by the bidirectional stretching unit 140 having a pyramidal shape.
  • the panel 110 maintains continuity by connecting the corrugations 120 and 130 to the bidirectional stretching unit 140.
  • the first and second grooves 121 and 131 formed in the first and second corrugations 120 and 130, respectively, and the second grooves 142 formed in the bidirectional stretching unit 140 without causing obstacles in the longitudinal and transverse stretching directions.
  • the clamping means of the welding robot or the transfer device as shown in Figure 5, the clamping portion 150 provided at the ends of the pleats (120, 130) connected to the bidirectional stretching portion 140 in the "A" and "B" direction
  • FIG. 8 is a perspective view illustrating a stretchable metal membrane having orthogonal isotropy according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a partially enlarged cross-sectional view illustrating the stretchable metal membrane having orthogonal isotropy according to the second embodiment of the present invention.
  • the flexible metal membrane 200 having orthotropic isotropy according to the second embodiment of the present invention is formed in the panel 210 made of metal in the longitudinal direction and the transverse direction are corrugated (220,230), respectively It is formed, the bidirectional stretching portion 240 is formed at the intersection of the corrugation (220,230), the bidirectional stretching portion 240 has a dome (Dome) shape protruding.
  • the pleats 220 and 230 are formed of the first pleats 220 and the second pleats 230 which are formed in the longitudinal and transverse directions, respectively.
  • the bidirectional stretchable part 240 has first and second pleats 220 and 230 respectively connected to the front and rear and right and left sides at the intersections of the first and the second pleats 220 and 230, respectively, such as the first and the second pleats 220 and 230. It protrudes upward and has a hemispherical dome shape with a constant radius. Accordingly, the bidirectional stretching unit 240 has a dome shape that can be stretched in any direction, thereby enabling the stretching in the longitudinal direction and the transverse direction.
  • Wrinkles 220 and 230 are formed in the portion connected to the bidirectional stretching portion 240, the neck portion 221, 231 narrower than the other portion is formed by the expansion and contraction by the folding and unfolding of the neck portion 221, 231 together with the bidirectional stretching portion 240 Facilitate lateral and transverse stretching.
  • the clamping means 250 is provided on both sides of the bidirectional stretching portion 240 in order to clamp the clamping means of the welding robot or the clamping means of the guide rail to the membrane.
  • the clamping part 250 is positioned so as to face between the connecting portions with the corrugations 220 and 230 in the bidirectional stretching part 240 so that the clamping means are clamped in the "A" and "B" directions as shown in FIG. 8. It consists of a recess 251.
  • the clamping means has a shape corresponding to the shape of the clamping portion 250 so that the portion for clamping the clamping portion 250 is advantageous for clamping.
  • the flexible metal membrane 200 having orthogonal isotropy according to the second embodiment of the present invention is provided at an intersection portion of the corrugations 220 and 230, and can be stretched in any direction.
  • the portion 240 reduces the stiffness of the entire panel 210 by facilitating longitudinal and lateral stretching at the intersections of the corrugations 220 and 230, and the corrugations 220 and 230 are connected to the bidirectional stretching portion 240.
  • the continuity is maintained, thereby not causing obstacles in the longitudinal and transverse stretching of the panel 210, and the elasticity is increased by the necks 221 and 231 of the pleats 220 and 230, thereby significantly reducing the surface stiffness.
  • the present invention by allowing the clamping means of the welding robot or the transfer device to be able to clamp the recesses 251 formed on both sides of the bidirectional stretching portion 240 in the "A" and "B" direction as shown in FIG.
  • the clamping means of the welding robot or the transfer device to be able to clamp the recesses 251 formed on both sides of the bidirectional stretching portion 240 in the "A" and "B" direction as shown in FIG.
  • FIG. 10 is a perspective view illustrating a flexible metal membrane having orthogonal isotropy according to a third embodiment of the present invention.
  • the flexible metal membrane 300 having orthotropic isotropy according to the third embodiment of the present invention is formed with a plurality of corrugations (320, 330) in the longitudinal direction and the transverse direction on the panel 310 made of a metal material,
  • the bidirectional stretching portion 340 is formed at the intersection of the corrugations 320 and 330, and the bidirectional stretching portion 340 has a cross shape protruding from each other so that both sides of the cross-shaped branch portion 341 or the welding rail of the welding robot are formed.
  • the clamping portion 350 is provided to fasten the clamping means of the membrane.
  • the pleats 320 and 330 are composed of the first pleats 320 and the second pleats 330 which are formed in the longitudinal and transverse directions, respectively, as in the previous embodiments.
  • the bidirectional stretching portion 340 has a cross shape protruding from the intersection of the first and second pleats 320 and 330, and smoothes the first and second pleats 320 and 330 between the cross-shaped branch portions 341, respectively.
  • the first and second corrugations 320 and 330 are orthogonal to each other, and the branching portions 341 are formed to form an angle of 45 degrees to the first and second corrugations 320 and 330, and the longitudinal and transverse directions are caused by the cross shape deformation. To make it possible.
  • the branch portion 341 has a fan-shaped side shape, and thus the first and second corrugations 320 and 330 are positioned near the vertices of the fan-shaped shape so that the deformation due to compression and tension is advantageous.
  • the clamping portion 350 is provided at the branch portion 341 of the bidirectional stretching portion 340.
  • the clamping part 350 is formed so that the bidirectional stretching part 340 protrudes from the corrugations 320 and 330 so as to be provided on both sides of the branching part 341. As illustrated in FIG. 10, the clamping means may be in the "A" and "B" directions. It will provide a place for clamping.
  • the stretchable metal membrane 300 having orthotropic isotropy is provided at the intersections of the corrugations 320 and 330 and is corrugated by the cross-shaped bidirectional stretching unit 340 which causes deformation.
  • the pleats 320 and 330 are connected to the bidirectional stretching section 340 to maintain continuity. Does not impede the longitudinal and transverse stretching of), and the branching portion 341 of the bidirectional stretching portion 340 has a fan-shaped side shape so that the arc-shaped edge has the same radius with respect to the corrugations 320 and 330.
  • the clamping means 350 of the welding robot or the clamping means of the guide rails are referred to as "A" and "B,” which are formed on both sides of the branch portion 341 of the bidirectional stretching portion 340.
  • the present invention is a metal sheet in which each unit metal membrane is fixed by welding to the insulating panel at room temperature, and the other metal membrane adjacent to each unit metal membrane for airtightness of the cargo hold premise
  • In-plane stiffness is used to reduce the stress generated in the welds when the metal membrane shrinks due to the large temperature difference by storing the cryogenic LNG in the cargo hold having the structure connected to each other by overlap welding at the edge of the
  • orthogonal bi-directional face stiffness it increases durability and maintains airtightness even under extreme temperature differences, thereby enabling stable storage of cold fluids and clamping of welding robots or transfer devices.
  • To allow easy clamping by means Written and to increase the efficiency of the storage tank manufacturing operations.
  • the present invention is a cargo hold having a structure in which each unit metal membrane is fixed to the insulation panel by welding at room temperature, and the unit metal membranes are connected to each other by overlap welding on the edges of neighboring other metal membranes for airtightness of the cargo hold premise.

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Abstract

본 발명은 주름이 종방향과 횡방향으로 형성되어 서로 교차되는 저온 유체 저장 탱크의 금속 멤브레인에 있어서, 주름의 교차 부위에 종방향 및 횡방향으로 신축이 가능하도록 주름 각각이 연결되는 양방향 신축부가 형성되고, 양방향 신축부가 돌출된 피라미드 형상, 돔 형상 또는 십자 형상을 가진다. 따라서, 본 발명은 상온에서 각 단위 금속 멤브레인이 단열패널에 용접에 의해 고정되고, 또한 화물창 전제의 기밀을 위하여 각 단위 금속 멤브레인이 이웃하는 다른 금속 멤브레인의 가장자리에 겹치기 용접에 의해 서로 연결되는 구조를 가지는 화물창 내부에 극저온의 LNG를 저장함으로써 금속 멤브레인이 큰 온도 차이로 인해 수축할 때 용접부에 발생하는 응력을 저감시키기 위해 면강성을 감소시키면서 동시에 직교하는 양방향 면강성이 동일하도록 함으로써, 극심한 온도차를 겪게 되더라도 내구성을 증대시킴과 아울러 기밀성을 유지하도록 하고, 안정적인 저온 유체의 저장을 가능하도록 하며, 용접 로봇이나 이송 장치의 클램핑 수단에 의해 쉽게 클램핑될 수 있도록 함으로써 저장 탱크 제조 작업의 효율을 높이도록 하는 효과를 가지고 있다.

Description

직교 등방성을 가지는 신축성 금속 멤브레인
본 발명은 액화천연가스와 같은 초저온 유체를 저장하는 저장 탱크 등에 사용될 수 있는 신축성을 가지도록 주름이 마련된 직교 등방성을 가지는 신축성 금속 멤브레인에 관한 것이다.
일반적으로, 액화천연가스(Liquefied natural gas, 이하, "LNG"라 함)는 대기압 하에서 비등점이 -162℃인 초저온 액체(Cryogenic liquid)로서, 단열을 위하여 다중 구조를 가지는 저장 탱크에 저장된다.
이러한 LNG 저장 탱크는, 극저온인 LNG를 안전하게 저장하기 위하여 금속 멤브레인으로 이루어진 내부 탱크와 내부 탱크 주위를 둘러싸고 있는 단열층으로 이루어져서 외부에서의 잠입 열량에 의한 기화가스의 발생이 최소가 되도록 한다.
한편, 금속 멤브레인은 극저온 상태의 LNG와 직접적으로 접촉되므로 응력 변화에 대응할 수 있도록 저온 취성에 강한 금속 재질로 제작되며, 반복적인 온도 변화 및 LNG의 하중 변화에 대한 팽창 및 수축이 가능한 구조를 가지도록 제작되어 이웃하는 다른 금속 멤브레인의 가장자리가 겹치기 용접에 의해 서로 용접 연결되어 저장 탱크의 기밀성이 유지되도록 한다.
종래의 LNG를 저장하기 위한 탱크의 금속 멤브레인을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1 및 도 2는 종래의 일 실시예에 따른 LNG 저장 탱크의 금속 멤브레인을 도시한 사시도로서, 미국 등록번호 제3,118,523호의 "Connecting element for expansion joints"를 나타내며, 금속 시트에 형성된 주름(1,2)의 교차 부위에서 정상 또는 캡 부분이 사각형 부분(3)으로 연결되어 있다.
도 3은 종래의 다른 실시예에 따른 LNG 저장 탱크의 금속 멤브레인을 도시한 사시도로서, 미국 등록번호 제3,302,359호의 "Corrugated sheet-like yieldable wall element and vessels or tanks made thereof"를 나타내며, 금속 시트(201)에 형성된 주름(202a,202b)의 교차 부위에 교차 영역(Intersection area; 203)이 형성된다.
도 4는 종래의 또 다른 실시예에 따른 LNG 저장 탱크의 금속 멤브레인을 도시한 사시도이다. 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 LNG 저장 탱크의 금속 멤브레인(10)은 LNG 저장 탱크와 같은 극심한 온도차, 예컨대 약 200℃의 온도차를 겪는 구조에서 과도한 열응력이 발생하지 않도록 신축성을 부여하기 위해 종방향과 횡방향 주름(11,12)이 형성된다.
이러한 종래 기술에 따른 LNG 저장 탱크의 금속 멤브레인 뿐만 아니라 신축성을 가지는 금속 멤브레인은 LNG 운반선용 단열 탱크를 위해 주로 개발되어 왔으며, 일본 특허출원공고번호 소50-21008호에서는 연속된 육각형태의 주름구조가 120도의 각도를 가지고 Y자형의 교점이 형성된 멤브레인이 제안되었고, 일본 특허출원공고번호 소60-14959호에서는 단면이 삼각형인 삼각주름과 삼각주름에 직교하는 사다리꼴 주름이 교차하는 구조의 멤브레인이 제안되었고, 일본 특허출원공고번호 소60-32079호에서는 표면에 돌출 성형된 주름이 적어도 1개의 집결부에서 분기배열되어 있는 신축구조가 제안되었다.
또한, 대한민국 특허출원 제1994-11802호의 "액화천연가스 저장 탱크용 멤브레인 구조 및 그 제조방법"에서는 십자형을 이루는 4개의 주름과 환형 교차부로 이루어진 멤브레인이 제안되었고, 특허출원 제1994-11804호의 "액화천연가스 저장 탱크용 멤브레인 구조"에서는 십자형으로 교차하는 단열주름부와 굴곡 마디를 가지는 몸통부와 몸통부의 단부로부터 평판부를 향해 굴곡된 연장부와 골부로 구성된 4개의 다리로 이루어진 멤브레인이 제안되었다.
이 외에도, 특허출원 제2003-83849호의 "LNG 운반선 단열탱크의 멤브레인 금속패널", 특허출원 제2003-83850호의 "LNG 운반선 단열탱크의 멤브레인 금속패널", 특허출원 제2003-92250호의 "액화천연가스 저장탱크의 멤브레인 금속패널", 특허출원 제2004-6648호의 "부분 평면 용접부를 갖는 LNG 운반선 단열탱크의 멤브레인 금속패널", 특허출원 제2004-9306호의 "용접부가 평면인 저온 액체 저장용 단열탱크의 멤브레인 금속패널", 특허출원 제2004-21526호의 "LNG 저장탱크의 멤브레인 금속패널", 미국 등록번호 제3,324,621호의 "Cold liquid container and elements for use in same"에서 다양한 형태의 금속 멤브레인이 제안된 바 있다.
상기한 바와 같이, 도 4에 도시된 종래의 기술에 따른 LNG 저장 탱크의 금속 멤브레인은 주름이 서로 교차되기 위하여 교차 부위의 높이가 서로 다르게 형성되며, 이로 인해, 교차 부위의 비대칭적인 형상 때문에 종방향의 면강성(In-plane stiffness)이 횡방향의 면강성에 비하여 두 배 이상 크다. 따라서, 저온에서 방향에 따라 상이한 열응력이 발생하며, 교차 부위에서 횡방향의 주름에 형성되는 산의 높이가 종방향의 주름에 비하여 상대적으로 높아 슬로싱(Sloshing) 등에 의한 압력 발생에 의하여 붕괴될 위험을 가진다.
이와 같은 금속 멤브레인의 면강성은 주름 자체의 형상보다는 양방향 굴곡 교차부의 강성에 크게 좌우되는데, 종래의 금속 멤브레인의 방향별 강성을 살펴보면, 횡방향 주름의 높이와 폭이 더 커서 종방향 면강성이 더 작아야 함에도 불구하고 오히려 횡방향 면강성이 더 낮아지며, 이는 종래의 금속 멤브레인 교차부 형상에서 기인된 것으로 횡방향 주름에 수직한 방향으로 더 많은 주름이 형성되어 있기 때문이다. 따라서, 저온 수축 시 금속 멤브레인의 횡방향 열응력이 종방향보다 현저히 커지는 문제점을 유발시켰다.
또한, 종래에서 예로 들어 언급한 출원된 발명들은 도 1 및 도 2와 도 3을포함하여 양방향 대칭적인 형태를 확보하거나 용접라인을 간소화시키는 점을 들어 그 유용성을 설명하고 있으나, 극저온에서 발생하는 열응력의 크기를 결정하는 면강성에 대한 고찰은 이루어지지 않았으며, 면강성을 감소시키도록 양방향 신축을 효과적으로 수행하는 교차부위의 구조를 가지고 있지 않다. 따라서, 주름이 구비된 경우라 하더라도 주름 표면을 따라 단위 패널의 양 모서리를 잇는 직선부를 가진다면 면강성을 감소시킬 수 없으며, 직선 용접부를 구비한 경우도 마찬가지로 면강성을 감소시킬 수 없어 큰 열응력을 유발시킬 수 있다.
그리고, 도 1 및 도 2와 도 3을 포함하여 금속 멤브레인을 사용하여 저장 탱크를 제작시 중요한 고려사항인 자동 용접로봇의 클램핑 수단에 의해 클램핑이 가능하도록 하는 구성에 대해서는 전혀 개시되어 있지 않고 있어 실제 현장에서의 적용시 문제가 되고 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 면강성을 감소시키면서도 양방향 면강성이 동일하도록 함으로써 내구성과 기밀성을 증대시키며, 클램핑이 용이하고도 안정적으로 이루어지도록 한다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 직교 등방성을 가지는 신축성 금속 멤브레인은, 주름이 종방향과 횡방향으로 형성되어 서로 교차되는 저온 유체 저장 탱크의 금속 멤브레인에 있어서, 주름의 교차 부위에 종방향 및 횡방향으로 신축이 가능하도록 주름 각각이 연결되는 양방향 신축부가 형성되고, 양방향 신축부는 돌출된 피라미드 형상을 가지며, 측면이 연결되는 모서리에 함몰되는 제 1 홈부가 형성되며, 주름은 양방향 신축부와의 연결부위 상부에 함몰되는 제 2 홈부가 형성되고, 양방향 신축부에 연결되는 주름 끝단의 양측에 클램핑 수단이 클램핑되도록 돌출되는 클램핑부가 마련되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 직교 등방성을 가지는 신축성 금속 멤브레인은, 주름이 종방향과 횡방향으로 형성되어 서로 교차되는 저온 유체 저장 탱크의 금속 멤브레인에 있어서, 주름의 교차 부위에 종방향 및 횡방향으로 신축이 가능하도록 주름 각각이 연결되는 양방향 신축부가 형성되고, 양방향 신축부는 돌출된 돔 형상을 가지며, 주름은 양방향 신축부에 연결되는 부위에 목부가 형성되고, 양방향 신축부의 양측에서 주름과의 연결부위 사이에 위치함으로써 클램핑 수단에 의해 클램핑되는 요부로 이루어진 클램핑부가 마련되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 직교 등방성을 가지는 신축성 금속 멤브레인은, 주름이 종방향과 횡방향으로 형성되어 서로 교차되는 저온 유체 저장 탱크의 금속 멤브레인에 있어서, 주름의 교차 부위에 돌출된 십자 형상을 가짐과 아울러 십자 형상의 분기부 사이에 주름이 각각 연결되어 종방향 및 횡방향으로 신축이 가능하도록 하는 양방향 신축부가 마련되며, 양방향 신축부가 주름보다 돌출되도록 형성됨으로써 분기부 양측면에 클램핑 수단이 클램핑되도록 클램핑부가 마련되는 것을 특징으로 한다.
도 1 및 도 2는 종래의 일 실시예에 따른 LNG 저장 탱크의 금속 멤브레인을 도시한 사시도이고,
도 3은 종래의 다른 실시예에 따른 LNG 저장 탱크의 금속 멤브레인을 도시한 사시도이고,
도 4는 종래의 또 다른 실시예에 따른 LNG 저장 탱크의 금속 멤브레인을 도시한 사시도이고,
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 직교 등방성을 가지는 신축성 금속 멤브레인을 도시한 사시도이고,
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 직교 등방성을 가지는 신축성 금속 멤브레인을 도시한 부분 확대 단면도이고,
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 직교 등방성을 가지는 신축성 금속 멤브레인의 클램핑부를 도시한 도면이고,
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 직교 등방성을 가지는 신축성 금속 멤브레인을 도시한 사시도이고,
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 직교 등방성을 가지는 신축성 금속 멤브레인을 도시한 부분 확대 단면도이고,
도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 직교 등방성을 가지는 신축성 금속 멤브레인을 도시한 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110,210,310 : 패널 120,220,320 : 제 1 주름
121,131 : 제 1 홈부 130,230,330 : 제 2 주름
140,240,340 : 양방향 신축부 141 : 측면
142 : 제 2 홈부 150,250,350 : 클램핑부
221,231 : 목부 251 : 요부
341 : 분기부
금속 멤브레인의 면강성을 결정하는 굴곡 교차부를 피라미드(Pyramid)형, 돔(Dome)형, 십자(Cross)형 중 어느 하나로 구성하여 금속 멤브레인의 면강성을 감소시키면서 양방향의 면강성이 동일하도록 하며, 용접 로봇 또는 이송장치의 클램핑 수단이 용이하게 클램핑하도록 클램핑부가 마련된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 직교 등방성을 가지는 신축성 금속 멤브레인을 도시한 사시도이고, 도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 직교 등방성을 가지는 신축성 금속 멤브레인을 도시한 부분 확대 단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 직교 등방성을 가지는 신축성 금속 멤브레인(100)은 금속으로 이루어진 패널(110)에 종방향과 횡방향으로 형성되어 서로 교차되는 주름(120,130)이 각각 형성되고, 주름(120,130)의 교차 부위에 양방향 신축부(140)가 형성되며, 양방향 신축부(140)가 돌출된 피라미드(Pyramid) 형상을 가진다.
주름(120,130)은 단면이 평면부와 필렛(Fillet)을 형성하고, 패널(110) 상에 서로 교차, 바람직하게는 직교하도록 형성되는 제 1 및 제 2 주름(120,130)으로 이루어진다.
제 1 주름(120)은 패널(110)에 종방향으로 형성되되, 나란하도록 다수로 형성되며, 패널(110)의 횡방향의 신축을 가능하도록 한다.
제 2 주름(130)은 패널(110)에 횡방향으로 형성되되, 나란하도록 다수로 형성되며, 패널(110)의 종방향의 신축을 가능하도록 한다.
양방향 신축부(140)는 제 1 및 제 2 주름(120,130)의 교차 부위에 제 1 및 제 2 주름(120,130) 각각이 전후 및 좌우에 각각 연결되며, 제 1 및 제 2 주름(120,130)과 같이 상방으로 돌출됨과 아울러 주름(120,130) 각각이 연결되는 4 개의 측면(141)을 가지는 피라미드 형상을 가진다. 따라서, 양방향 신축부(140)는 피라미드 형상의 변형에 의해 종방향 및 횡방향의 신축을 가능하도록 한다.
양방향 신축부(140)는 측면(141)이 연결되는 부위인 모서리에 신축을 유도하도록 함몰되는 제 1 홈부(142)가 형성된다.
제 1 홈부(142)는 후술하게 될 클램핑부(150)를 대신하여 용접 로봇의 클램핑 수단 또는 가이드 레일을 따라 금속 멤브레인(100)을 이송시키는 장치의 클램핑 수단이 삽입되어 클램핑되기 위한 장소를 제공할 수 있다.
한편, 주름(120,130)은 양방향 신축부(140)와의 연결부위 상부에 신축을 유도하도록 함몰되는 제 2 홈부(121,131)가 각각 형성된다.
용접 로봇의 클램핑 수단 또는 가이드 레일의 클램핑 수단이 멤브레인에 체결되기 위하여 양방향 신축부(140)에 클램핑부(150)가 마련된다.
클램핑부(150)는 양방향 신축부(140)에 연결되는 주름(120,130) 끝단의 양측에 돌출되도록 형성되어 클램핑 수단이 클램핑되도록 하며, 도 5에 도시된 바와 같이, 클램핑 수단이 "A"와 "B" 방향으로 클램핑하기 위한 장소를 제공한다.
클램핑부(150)는 클램핑 수단이 클램핑시 이탈을 억제하도록 도 7에 도시된 바와 같이, 상부가 하부에 비하여 돌출되는 정도가 크도록 형성됨이 바람직하다.
이와 같은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 직교 등방성을 가지는 신축성 금속 멤브레인(100)은 주름(120,130)의 교차 부위에 마련되어 신축이 가능한 피라미드 형상의 양방향 신축부(140)에 의해 주름(120,130)의 교차 부위에서의 종방향과 횡방향 신축을 용이하도록 함으로써 패널(110) 전체에 대한 면강성을 줄이도록 하며, 주름(120,130)이 양방향 신축부(140)에 연결됨으로써 연속성을 유지하여 패널(110)의 종방향과 횡방향 신축에 장애를 초래하지 않으며, 제 1 및 제 2 주름(120,130)에 각각 형성되는 제 1 홈부(121,131)와, 양방향 신축부(140)에 형성되는 제 2 홈부(142)에 의해 신축성을 향상시키며, 이로 인해 면강성을 현저하게 감소시킨다.
또한, 용접 로봇이나 이송 장치의 클램핑 수단이 도 5에 도시된 바와 같이, 양방향 신축부(140)에 연결되는 주름(120,130) 끝단에 마련되는 클램핑부(150)를 "A" 및 "B" 방향에서 클램핑할 수 있도록 함으로써 본 발명에 따른 직교 등방성을 가지는 신축성 금속 멤브레인(100)의 이송을 용이하고도 안정적으로 이루어지도록 하여 저장 탱크 제조 작업의 효율성을 높이도록 한다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 직교 등방성을 가지는 신축성 금속 멤브레인을 도시한 사시도이고, 도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 직교 등방성을 가지는 신축성 금속 멤브레인을 도시한 부분 확대 단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 직교 등방성을 가지는 신축성 금속 멤브레인(200)은 금속으로 이루어진 패널(210)에 종방향과 횡방향으로 형성되어 서로 교차되는 주름(220,230)이 각각 형성되고, 주름(220,230)의 교차 부위에 양방향 신축부(240)가 형성되며, 양방향 신축부(240)가 돌출된 돔(Dome) 형상을 가진다.
주름(220,230)은 제 1 실시예와 마찬가지로 종방향 및 횡방향으로 각각 형성되는 제 1 주름(220)과 제 2 주름(230)으로 이루어진다.
양방향 신축부(240)는 제 1 및 제 2 주름(220,230)의 교차 부위에 제 1 및 제 2 주름(220,230) 각각이 전후 및 좌우에 각각 연결되며, 제 1 및 제 2 주름(220,230)과 같이 상방으로 돌출됨과 아울러 일정한 반경을 가지는 반구의 돔 형상을 가진다. 따라서, 양방향 신축부(240)는 어느 방향에서라도 신축이 가능한 돔 형상을 가짐으로써 종방향 및 횡방향의 신축을 가능하도록 한다.
주름(220,230)은 양방향 신축부(240)에 연결되는 부위에 다른 부위에 비하여 좁아진 목부(221,231)가 형성됨으로써 목부(221,231)의 접힘과 펴짐에 의한 신축에 의해 양방향 신축부(240)와 함께 종방향 및 횡방향 신축을 용이하도록 한다.
한편, 용접 로봇의 클램핑 수단 또는 가이드 레일의 클램핑 수단이 멤브레인에 체결되기 위하여 양방향 신축부(240)의 양측에 클램핑부(250)가 마련된다.
클램핑부(250)는 양방향 신축부(240)에서 주름(220,230)과의 연결부위 사이에 마주보도록 위치함으로써 도 8에 도시된 바와 같이, 클램핑 수단이 "A"와 "B" 방향으로 클램핑하게 형성되는 요부(251)로 이루어진다.
한편, 클램핑 수단은 클램핑부(250)를 클램핑하는 부위가 클램핑에 유리하도록 클램핑부(250)의 형상에 상응하는 형상을 가진다.
이와 같은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 직교 등방성을 가지는 신축성 금속 멤브레인(200)은 도 8에 도시된 바와 같이, 주름(220,230)의 교차 부위에 마련되어 어느 방향에서라도 신축이 가능한 돔 형상의 양방향 신축부(240)에 의해 주름(220,230)의 교차 부위에서의 종방향과 횡방향 신축을 용이하도록 함으로써 패널(210) 전체에 대한 면강성을 줄이며, 주름(220,230)이 양방향 신축부(240)에 연결됨으로써 연속성을 유지하여 패널(210)의 종방향과 횡방향 신축에 장애를 초래하지 않으며, 주름(220,230)의 목부(221,231)에 의해 신축성을 높이게 되고, 이로 인해 면강성을 현저하게 감소시킨다.
또한, 용접 로봇이나 이송 장치의 클램핑 수단이 도 8에 도시된 바와 같이, 양방향 신축부(240) 양측에 형성되는 요부(251)를 "A" 및 "B" 방향에서 클램핑할 수 있도록 함으로써 본 발명에 따른 직교 등방성을 가지는 신축성 금속 멤브레인(200)의 이송을 용이하고도 안정적으로 이루어지도록 하여 저장 탱크 제조 작업의 효율성을 높이도록 한다.
도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 직교 등방성을 가지는 신축성 금속 멤브레인을 도시한 사시도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 직교 등방성을 가지는 신축성 금속 멤브레인(300)은 금속 재질로 이루어진 패널(310)에 주름(320,330)이 종방향 및 횡방향으로 다수로 형성되고, 주름(320,330)의 교차 부위에 양방향 신축부(340)가 형성되고, 양방향 신축부(340)가 돌출된 십자 형상을 가짐으로써 십자 형상의 분기부(341) 양측면에 용접 로봇의 클램핑 수단 또는 가이드 레일의 클램핑 수단이 멤브레인에 체결되기 위하여 클램핑부(350)가 마련된다.
주름(320,330)은 이전의 실시예들과 마찬가지로 종방향 및 횡방향으로 각각 형성되는 제 1 주름(320)과 제 2 주름(330)으로 이루어진다.
양방향 신축부(340)는 제 1 및 제 2 주름(320,330)의 교차 부위에 돌출된 십자 형상을 가짐과 아울러 십자 형상의 분기부(341) 사이에 제 1 및 제 2 주름(320,330)이 부드럽게 각각 연결되고, 제 1 및 제 2 주름(320,330)이 직교시 분기부(341)가 제 1 및 제 2 주름(320,330)에 45도의 각도를 이루도록 형성되며, 십자 형상의 변형에 의해 종방향 및 횡방향으로 신축이 가능하도록 한다.
분기부(341)는 측부 형상이 부채꼴 형상을 가지며, 이로 인해 부채꼴 형상에서 꼭지점 부근에 제 1 및 제 2 주름(320,330) 각각이 위치하게 됨으로써 압축과 인장에 의한 변형이 유리한 구조를 가지게 된다.
한편, 용접 로봇의 클램핑 수단 또는 가이드 레일을 따라 금속 멤브레인(300)을 이송시키는 장치의 클램핑 수단이 클램핑되기 위하여 양방향 신축부(340)의 분기부(341)에 클램핑부(350)가 마련된다.
클램핑부(350)는 양방향 신축부(340)가 주름(320,330)보다 돌출되도록 형성됨으로써 분기부(341) 양측면에 마련되어 도 10에 도시된 바와 같이, 클램핑 수단이 "A"와 "B" 방향으로 클램핑하기 위한 장소를 제공하게 된다.
이와 같은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 직교 등방성을 가지는 신축성 금속 멤브레인(300)은 주름(320,330)의 교차 부위에 마련되어 변형을 유발하는 십자 형상의 양방향 신축부(340)에 의해 주름(320,330)의 교차 부위에서의 종방향과 횡방향 신축을 용이하도록 함으로써 패널(310) 전체에 대한 면강성을 줄이도록 하며, 주름(320,330)이 양방향 신축부(340)에 연결됨으로써 연속성을 유지하여 패널(310)의 종방향과 횡방향 신축에 장애를 초래하지 않으며, 양방향 신축부(340)의 분기부(341)가 부채꼴 모양의 측부 모양을 가짐으로써 아크 형상의 가장자리가 주름(320,330)에 대하여 동일 반경을 가짐으로써 압축력과 인장력에 대하여 변형이 용이하도록 하여 신축성을 높이게 되고, 이로 인해 면강성을 현저하게 감소시킨다.
또한, 용접 로봇의 클램핑 수단 또는 가이드 레일의 클램핑 수단이 도 10에 도시된 바와 같이, 양방향 신축부(340)의 분기부(341) 양측에 형성되는 클램핑부(350)를 "A" 및 "B" 방향에서 클램핑할 수 있도록 함으로써 본 발명에 따른 직교 등방성을 가지는 신축성 금속 멤브레인(300)의 이송을 용이하고도 안정적으로 이루어지도록 하여 저장 탱크 제조 작업의 효율성을 높이도록 한다.
이상과 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들에 따르면, 본 발명은 상온에서 각 단위 금속 멤브레인이 단열패널에 용접에 의해 고정되고, 또한 화물창 전제의 기밀을 위하여 각 단위 금속 멤브레인이 이웃하는 다른 금속 멤브레인의 가장자리에 겹치기 용접에 의해 서로 연결되는 구조를 가지는 화물창내부에 극저온의 LNG를 저장함으로써 금속 멤브레인이 큰 온도 차이로 인해 수축할 때 용접부에 발생하는 응력을 저감시키기 위해 면강성(In-plane stiffness)을 감소시키면서 동시에 직교하는 양방향 면강성이 동일하도록 함으로써, 극심한 온도차를 겪게 되더라도 내구성을 증대시킴과 아울러 기밀성을 유지하도록 하고, 이로 인해 안정적인 저온 유체의 저장을 가능하도록 하며, 용접 로봇이나 이송 장치의 클램핑 수단에 의해 쉽게 클램핑될 수 있도록 함으로써 저장 탱크 제조 작업의 효율을 높이도록 한다.
이상에서와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하며, 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다할 것이다.
본 발명은 상온에서 각 단위 금속 멤브레인이 단열패널에 용접에 의해 고정되고, 또한 화물창 전제의 기밀을 위하여 각 단위 금속 멤브레인이 이웃하는 다른 금속 멤브레인의 가장자리에 겹치기 용접에 의해 서로 연결되는 구조를 가지는 화물창내부에 극저온의 LNG를 저장함으로써 금속 멤브레인이 큰 온도 차이로 인해 수축할 때 용접부에 발생하는 응력을 저감시키기 위해 면강성(In-plane stiffness)을 감소시키면서 동시에 직교하는 양방향 면강성이 동일하도록 함으로써, 극심한 온도차를 겪게 되더라도 내구성을 증대시킴과 아울러 기밀성을 유지하도록 하고, 이로 인해 안정적인 저온 유체의 저장을 가능하도록 하며, 용접 로봇이나 이송 장치의 클램핑 수단에 의해 쉽게 클램핑될 수 있도록 함으로써 저장 탱크 제조 작업의 효율을 높이도록 하는 효과를 가지고 있다.

Claims (5)

  1. 주름이 종방향과 횡방향으로 형성되어 서로 교차되는 저온 유체 저장 탱크의 금속 멤브레인에 있어서,
    상기 주름의 교차 부위에 종방향 및 횡방향으로 신축이 가능하도록 상기 주름 각각이 연결되는 양방향 신축부가 형성되고,
    상기 양방향 신축부는 돌출된 피라미드 형상을 가지며, 측면이 연결되는 모서리에 함몰되는 제 1 홈부가 형성되며,
    상기 주름은 상기 양방향 신축부와의 연결부위 상부에 함몰되는 제 2 홈부가 형성되고,
    상기 양방향 신축부에 연결되는 주름 끝단의 양측에 클램핑 수단이 클램핑되도록 돌출되는 클램핑부가 마련되는 것을 특징으로 하는 직교 등방성을 가지는 신축성 금속 멤브레인.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 클램핑부는,
    상부가 하부에 비하여 돌출되는 정도가 큰 것을 특징으로 하는 직교 등방성을 가지는 신축성 금속 멤브레인.
  3. 주름이 종방향과 횡방향으로 형성되어 서로 교차되는 저온 유체 저장 탱크의 금속 멤브레인에 있어서,
    상기 주름의 교차 부위에 종방향 및 횡방향으로 신축이 가능하도록 상기 주름 각각이 연결되는 양방향 신축부가 형성되고,
    상기 양방향 신축부는 돌출된 돔 형상을 가지며,
    상기 주름은 상기 양방향 신축부에 연결되는 부위에 목부가 형성되고,
    상기 양방향 신축부의 양측에서 상기 주름과의 연결부위 사이에 위치함으로써 클램핑 수단에 의해 클램핑되는 요부로 이루어진 클램핑부가 마련되는 것을 특징으로 하는 직교 등방성을 가지는 신축성 금속 멤브레인.
  4. 주름이 종방향과 횡방향으로 형성되어 서로 교차되는 저온 유체 저장 탱크의 금속 멤브레인에 있어서,
    상기 주름의 교차 부위에 돌출된 십자 형상을 가짐과 아울러 상기 십자 형상의 분기부 사이에 상기 주름이 각각 연결되어 종방향 및 횡방향으로 신축이 가능하도록 하는 양방향 신축부가 마련되며,
    상기 양방향 신축부가 상기 주름보다 돌출되도록 형성됨으로써 상기 분기부 양측면에 클램핑 수단이 클램핑되도록 클램핑부가 마련되는 것을 특징으로 하는 직교 등방성을 가지는 신축성 금속 멤브레인.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 양방향 신축부는,
    상기 분기부의 측부 형상이 부채꼴 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 직교 등방성을 가지는 신축성 금속 멤브레인.
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