WO2019054692A1 - 단열 구조재 및 이를 적용한 저온 및 극저온 액화가스 운반선 - Google Patents

단열 구조재 및 이를 적용한 저온 및 극저온 액화가스 운반선 Download PDF

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    • Y02B80/00—Architectural or constructional elements improving the thermal performance of buildings
    • Y02B80/10—Insulation, e.g. vacuum or aerogel insulation

Definitions

  • the present invention relates to a heat insulating structural member having a heat insulating performance and a structural member performance, and a low temperature and cryogenic liquefied gas carrier using the same. More specifically, the present invention can improve a connection structure of a heat insulating structural member to minimize or prevent thermal bridging, An intermediate layer including a vacuum insulating material may be further disposed inside the core layer to improve the heat insulating performance and the core layer may be formed of a non-foamable polymer material having excellent structural performance to increase the structural rigidity.
  • the present invention relates to a heat insulating structural member which is constructed to uniformly surround the entire surface and prevent the gas from entering and extinguishing the vacuum insulating material and to enhance fire resistance so as not to be vulnerable to fire, and a low temperature and cryogenic liquefied gas carrier using the same.
  • composite laminate structural materials are produced by injecting an elastomer into a closed metal box, and they are also used as structural materials for replacing iron structural materials in concrete structures and shipbuilding buildings.
  • Patent Publication No. 10-0742033 discloses a composite laminated structural member, and the conventional composite laminated structural member disclosed in the publication has the following problems.
  • the conventional composite laminated structural member is a structural member designed mainly for load and impact, and has a limited function as a heat insulating material for heat insulation performance. That is, since the first metal layer and the second metal layer constituting the metal box are adhesively connected to the intermediate layer of the polymer (elastomer) having a relatively high density, thermal bridging occurs at the entire surface of the first metal layer and the second metal layer.
  • the thermal bridging phenomenon is a phenomenon in which the end portion of the insulating structure structure is relatively lower in temperature than the other portions, and a lot of heat flows through the end portion thereof, and the heat insulating property to the cryogenic cargo such as liquefied gas (LNG or LPG) It is a phenomenon that drops significantly. For example, when a metal material having a very high thermal conductivity is installed through a thickness direction, a considerable amount of heat flows through the metal material.
  • the function as a heat insulator is mainly performed by an intermediate layer composed of a polymer (elastomer).
  • the thermal conductivity (k-value) of a commonly used elastomer is about 0.17 to 0.18 W / m ⁇ K (based on 20 ⁇ ⁇ ), which is comparable to insulation materials such as aerogels and vacuum insulation materials
  • the conventional composite laminate structural material is not suitable for use as a heat insulating material because the heat insulating performance is remarkably lower than that of the organic and inorganic thermal insulating materials (thermal conductivity 0.030 to 0.045 W / m ⁇ ⁇ ) used.
  • the perimeter bar is formed of a metal to maintain the structural rigidity.
  • the metal has a high thermal conductivity and a thermal bridging phenomenon, resulting in a problem of significantly deteriorating the heat insulating performance.
  • a ferrimeter bar 5 made of metal is provided between the lower metal plate 3 and the upper metal plate 4, A polyurethane layer 7 is formed between the metal plate 3 and the upper metal plate 4 and the adjacent upper metal plates 4 are connected to each other at the end of the upper metal plate 4 It is assumed that the heat bridge phenomenon prevention member 6 is installed.
  • the panel type means a method in which the completed heat insulating structural members are disposed adjacent to each other and the heat insulating structural members are connected to each other through welding or other fastening method.
  • the overlay type shown in FIG. 1 (c) is a method of directly constructing at the construction site, and is constructed so that the ferrimeter bar 5 and the upper metal plate 4 are laminated on one lower metal plate 3 .
  • a ferrimeter bar 5 of metal is provided at the end of the lower metal plate 3 and the upper metal plate 4 and a polymer layer 7 is provided between the lower metal plate 3 and the upper metal plate 4.
  • the ferrimeter bar 5 is made of a metal material.
  • a ferrimeter bar made of a metal material is used to constitute a metal box (a space in which a polymer layer is formed).
  • the ferrimeter bar causes a phenomenon of excessive heat bridging, It plays a major role in rapidly raising the temperature on the opposite side of the city.
  • structural materials using non-foamable polymers often require the exterior of the structural material to be coated with refractory or refractory coatings.
  • Vacuum insulation has a technical limitation in application to insulation.
  • the function as a structural material is very weak.
  • the elastic modulus of vacuum insulation is about 50 ⁇ 80 MPa, which is about 3000 times smaller than the modulus of elasticity of iron. Therefore, it is impossible to manufacture the bottom floor of a building or the low-temperature tank of a ship only with one vacuum insulator.
  • the outer covering material of the vacuum insulating material effectively plays the role of surrounding the inner filling material in the vacuum chamber, so a thin aluminum-type or composite coating material having similar performance is used. These coatings are very vulnerable to external impacts or scratches.
  • a metallic covering material on the outside, external air or moisture gradually permeates into the vacuum insulating material gradually over time, and the heat insulating performance is slightly deteriorated.
  • Foam polymers eg polyurethane
  • the heat-insulating performance is significantly lowered, so that the foam-causing material is mixed to form a foamed expansion structure inside the core layer.
  • the problem is that the foam material applied to such LPG or LNG carrier is very vulnerable to fire and emits very harmful gases to the human body in case of fire.
  • foamed polymer There are many cases of fires using foamed polymer as well as shipbuilding and freezing / cold storage warehouses for land use. Welding fire during drying is also a problem, but the foamable polymer is very vulnerable to fire even after drying.
  • non-foamable polymers there are relatively advantages over foamed polymeric structures in terms of fire, due to the flame retardant and non-toxic characteristics of non-foamable polymers, which are typically made of metal boxes and made of a gas-tight structure.
  • the inner non-foamable polymer has air tight airtight characteristics and a very dense density (Normal specific gravity of 1.0 or more), carbonization occurs on a part of the surface of the internal non-foamable polymer and is only a degree of burning.
  • the insulation performance of the non-foamable polymer structural material is extremely low to one fifth to one-seventh of that of general EPS insulation. Therefore, it is difficult to apply the structural material using the non-foamable polymer to the LPG or LNG carrier low-temperature tank, since it is difficult to primarily satisfy the heat insulation performance of LPG or LNG carrier low temperature tank.
  • the non-foamable polymer structural members are superior to the foamed polymer structural members in terms of fire resistance, but because of insufficient heat insulation performance, there is a limit to maintaining the temperature on the opposite side, which is not exposed to general fire resistance standard, to 110 to 180 DEG C for a long time.
  • Vacuum insulation can not be used as a fireproofing insulation in the usual way.
  • the core material (eg, fumed silica) constituting the vacuum insulation material has properties similar to those of the sand grains. Therefore, it belongs to the nonflammable material that does not burn even when the temperature rises. If the vacuum can be maintained only at a high temperature, It is almost implemented. However, as described above, the vacuum insulation material uses a thin aluminum or composite coating material having similar performance to maintain the degree of internal vacuum. Such a composite coating material easily deforms even when the temperature is slightly increased, thereby causing a crack in the composite coating or breaking it, and the degree of the vacuum in the interior of the composite coating rapidly drops.
  • the heat insulating performance of the vacuum insulating material is far superior to that of other insulating materials, but it can not be used as a heat insulating material for fire resistance.
  • the maximum permissible high temperature of a vacuum insulator is generally only about 100 ° C to 150 ° C, so that a vacuum insulator can not be used as a fireproof insulator.
  • the present invention provides a heat insulating structural member.
  • the heat insulating structural member of the present invention comprises a lower plate; An upper plate disposed above the lower plate at a predetermined distance from the lower plate; An intermediate layer optionally including a heat insulating material disposed between the bottom plate and the top plate; A connection part which is provided at the end of the lower plate and the upper plate for preventing thermal bridging and for structural fastening and composed of a mixture of a metal layer and a nonmetal layer; And a core layer provided in the space defined by the lower plate, the upper plate, the optional intermediate layer, and the connection portion; .
  • the present invention is characterized in that the upper plate and the lower plate are prevented from being directly connected by a metal member having a high thermal conductivity, thereby improving the heat insulating effect of the heat insulating structural member.
  • the connection between the upper and lower plates at the connection between the heat insulating structural members is prevented from being directly connected by a member made of a metal having high thermal conductivity.
  • the heat insulating material includes at least one of a vacuum insulating material, an airgel insulating material, a slim organic and inorganic insulating material, and an irregular type insulating material.
  • the non-foamable polymer may have a filling step structure in which a gap between the lower connection part and the upper connection part is cut off using a temporary blocking member and then integrally formed with the core layer during the filling and curing process of the core layer .
  • the upper connection part is detachably coupled to the upper plate, and a liquid non-foamable polymer is injected and cured in a space between the upper connection part and the lower connection part so as to be integrally formed with the core layer, And can be configured as a filled-up type structure.
  • a plurality of fastening holes are formed in the rim of the lower plate and the upper plate so as to penetrate the lower plate and the upper plate vertically and the bolts are fastened to the fastening holes .
  • the non-metallic layer constituting the connection part may be provided with a heat insulating material and a connector for enhancing insulation and structural performance.
  • an intermediate layer is further included in the space (space between the lower plate and the upper plate)
  • the intermediate layer may be provided on the lower side of the upper plate, or may be provided in the core layer or on the upper side of the lower plate.
  • the intermediate layer comprises a vacuum insulation material
  • the intermediate layer When the intermediate layer is provided on the lower side of the upper plate, the intermediate layer may be slidably installed with the upper plate.
  • a connector may be fixedly installed between the upper plate and the lower plate.
  • the core layer is a structure in which a liquid non-foamable polymer is filled (or filled) and cured and is hermetically bonded to the inner surface of the space in order to protect the vacuum insulator from external impact and maintain the structural rigidity .
  • the non-expandable polymer may be a non-expandable polyurethane, and preferably a polymer having a structural modulus of elastic modulus of 200 MPa or more may be used.
  • the intermediate layer may include a vacuum insulation material as a basic constituent, and may further include at least one of a vacuum insulation material surface protection material, a reinforcing insulation material, and a slip material.
  • vacuum insulation material is installed between the core layer and the top plate to have a heat insulation performance
  • vacuum insulator surface protection member is disposed between the vacuum insulator and the top plate to prevent damage to the vacuum insulator
  • the slip material may enable slip with the top plate.
  • the core layer may be bonded to (adhered to) the box layer formed in the box space defined by the lower plate, the upper plate, and the connection portion.
  • the core layer may be hermetically bonded to surround the vacuum insulator.
  • a lightweight shaped body may be provided in the core layer.
  • a panel type in which one of the upper plates is disposed on one of the lower plates and the adjacent heat insulating structural members are connected to each other, and a plurality of upper plates are disposed on one of the lower plates, And an overlay type.
  • the overlay type includes a lower connection part of a metal material to which the connection part is fixed to the lower plate and an upper connection part made of a metal material to be fixed to the upper plate and between the lower connection part and the upper connection part, Can intervene.
  • a heat insulating box with a thickness of 200 to 500 mm is usually manufactured at the factory and attached to the cargo hold, and then coated with a metal plate or synthetic material having a good low- do.
  • a membrane structure is basically required to have a design tolerance of about 10 to 20 mm between the heat insulating boxes.
  • the gap between the heat insulating boxes is formed to be equal to or larger than the design tolerance in many cases, within a period of aging over which the shrinkage / expansion of the heat insulating box is repeated.
  • the plywood constituting the heat insulating box is adhered to the upper part of the structurally soft foamable polymer, so that the plywood is often broken by the sloshing impact. That is, if a plywood is placed on a hard stone plate and a large impact is applied, the plywood itself may be crushed but it is not broken. However, if the plywood is placed on the bed and impact is applied, the plywood itself is broken first.
  • a high-density expandable polymer having a density of about 60 to 400 kg / m < 3 > is used.
  • the insulation box is still vulnerable to breakage by sloshing.
  • the non-expandable polymer used as the material of the core layer has a density of 900 kg / m < 3 > or more and a considerably high density material, the intermediate layer including the heat insulating material disposed on the core layer material is effectively protected from breakage by sloshing can do.
  • the heat insulating structural member of the present invention comprises a metal upper plate; A metal lower plate positioned with a predetermined space with the metal upper plate; A vacuum insulator inserted between the metal upper plate and the lower metal plate; And a non-foamable resin covering the vacuum insulation material as a whole and being in intimate contact with the metal upper plate and the lower metal plate; . ≪ / RTI >
  • the present invention has the following effects.
  • the metal plate placed on the top and bottom of the structure can withstand the whole structure, and the composite single behavior of the entire structure is possible due to the role of the non-foamable polymer which is one of the core layers in the insulating material And has a function as a highly effective structural member since the section modulus increases due to the structure spaced by the thickness of the core layer.
  • the non-expandable polymer has a shock-resistant property, the heat insulating structural material of the present invention can effectively absorb an external impact.
  • a nonmetallic layer for example, a non-foamable polymer (intermediate connection part) in the middle of the upper and lower connection parts, it is possible to effectively block the thermal crosslinking phenomenon and, in the process of filling the non-expandable polymer liquid, A core layer made of a non-foamable polymer material and a nonmetal layer serving as an intermediate connecting portion are integrally formed, and the airtightness and the bonding property are improved, so that the structural rigidity as well as the heat insulating performance can be sufficiently secured.
  • an intermediate layer including a vacuum insulating material can be formed inside the core layer.
  • the core layer is formed in a structure in which the core layer is hermetically bonded in the box space and is wrapped around the vacuum insulation material uniformly. So that the structural rigidity is maintained more firmly.
  • the upper structure is an airtight structure covered with a metal material that can prevent leakage of the cryogenic liquefied gas, and the structural performance is very excellent due to the tight bonding structure.
  • the core layer has a density of about 900 kg / m < 3 >, an elastic modulus larger than 200 MPa, It is possible to maintain the heat insulation performance without deteriorating the heat insulation performance even when using for a long period of time because the vacuum insulator is wrapped around the periphery of the vacuum insulation material.
  • the non-foamable polymer as the material of the core layer of the present invention has substantially no air permeability, significantly increases the adhesive strength and tensile strength (10 to 100 times) as compared with conventional foamed polyurethane having air bubbles therein
  • the bonding force and strength between the upper and lower metal plates and the intermediate layer are greatly improved.
  • the intermediate layer is a vacuum insulator, the airtightness is maintained, and the vacuum degree of the vacuum insulator is semi-permanently maintained.
  • connection structure of the connector of the insulating material of the present invention can significantly improve the structural performance as well as the stress applied to the thermal insulating material for the cryogenic tank.
  • connection structure of the connector not only disperses the load applied to the heat insulating structural material for the cryogenic tank, but also acts on the metal box and the core layer and the intermediate layer in the same manner with respect to the load.
  • the structural performance is significantly improved and the peeling phenomenon is effectively prevented
  • the structural performance can be significantly improved even in the local buckling phenomenon.
  • the foamable polymer has a bonding strength of several tens of microns due to internal bubbles and the like, but the bonding strength of the non-foamable polymer can be up to several MPa, so that even a connector having a small area has a great effect of preventing peeling.
  • the connector can be disposed before the liquid non-expandable polymer is injected. Since the liquid non-expandable polymer of the core layer is cured and bonded over the entire surface of the connector, And can have a wedge shape and the like, and the bonding area is increased by at least 2 to 3 times as much as the planar visible area, thereby forming a structure that holds the core layer structurally firmly, and the durability and bonding property are remarkably improved .
  • the LPG carrier cargo hold adopting the insulation material of the present invention is a method of directly installing on the hull rather than the independent tank insertion method, it is possible to eliminate a huge square space generated between the existing independent tank and the hull, .
  • the overall size (width, length, height, etc.) of the hull is greatly reduced when the hold volume increases by about 20 ⁇ 25% or the existing hold size (DWT 84K) It can be expected to reduce the fuel consumption by 10 ⁇ 20% due to the weight reduction of ships and linearity factor of 5 ⁇ 10%.
  • Fire hazard can be fundamentally solved in the production of an LNG or LPG carrier cargo hold using the insulating material of the present invention.
  • the non-foamable polymer material is superior to the foamable polymer material in terms of fire resistance and fire resistance.
  • the polymer itself is sealed in the box space (the inner space formed by the upper and lower plates and connection portions) do.
  • the heat insulating structural material of the present invention is also excellent in fire resistance. That is, it has a considerable self-refractory performance even without a separate fireproof coating or heat insulating material.
  • the non-foamable polymer injected into the closed top and bottom metal sheets is of such a degree that localized carbonization occurs on the surface even if exposed to high temperature for a long time due to the airtight structure.
  • the non-foamable polymer has a high thermal conductivity, it is difficult to maintain the opposite temperature at about 110 to 180 DEG C, which is a standard fire resistance performance standard, without a separate refractory coating or heat insulating material.
  • the core layer of the non-expandable polymer hermetically protects the vacuum insulating material, so that the heat insulating performance of the vacuum insulating material is maintained.
  • the heat insulating structural material of the present invention is very useful in terms of vibration and noise reduction. Since the core layer is composed of a material that is more flexible than metal or concrete, it has a considerable damping effect.
  • the vacuum structure inside the vacuum insulation material is superior in vibration and noise reduction.
  • the above 7) and 8) have remarkably excellent effects in terms of workability, space utilization, and habitability when used as a wall or floor material of a residence area or a building of a ship.
  • the independent tank itself is required to have a considerable structure construction, and the ship structure supporting the independent tank is required to have a huge construction.
  • the ship structure supporting the independent tank is required to have a huge construction.
  • the present invention since one hull structure is used, Instead of providing an inner hull in the cell (shell), a simple structure in which the heat insulating structural material is directly applied to the side cell or the like has a great effect of reducing the production cost.
  • the LPG tank temperature is normally maintained at minus 50 ° C to 55 ° C, the entire independent tank must be manufactured using a special low-temperature steel that is higher than ordinary steel plates.
  • a special low-temperature steel should be used for the top plate in contact with the liquefied gas.
  • the bottom plate not in contact with the liquefied gas can use a general steel plate.
  • only the special low-temperature steel plate 6T and the general steel plate 6T are required when the thickness of the conventional independent tank structure is 12T in thickness.
  • a vacuum insulation material is installed between the upper plate and the core layer of the metal material in direct contact with the cryogenic liquefied gas, and the vacuum insulation material is further provided with a vacuum insulation material surface protection material, a reinforcing insulation material, a slip material,
  • the brittle fracture phenomenon at extremely low temperatures can be effectively prevented by keeping the internal temperature of the heat insulating structure at the allowable temperature (about -30 ⁇ to -70 ⁇ ) or more of the core layer.
  • An intermediate layer is provided between a top plate made of a metal material and a core layer made of a non-foamable polymer material, which are in direct contact with the cryogenic liquefied gas.
  • the intermediate layer is made of a vacuum insulation material, By inducing a slip phenomenon between the top plate and the middle layer, the thermal stress caused by the difference in thermal expansion coefficient between the top plate and the core layer is significantly reduced or the thermal stress is effectively prevented from being transferred to the inside of the heat insulating structure, It is possible to effectively prevent breakage of the welded portion.
  • FIG. 1 is a view for explaining a thermal bridge phenomenon of a composite laminated structural member
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a heat insulating structural member according to a first embodiment of the present invention.
  • Fig. 3 is a longitudinal sectional view of Fig.
  • FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a heat insulating structural member according to a second embodiment of the present invention
  • 5 to 7 are longitudinal sectional views showing the installation of the intermediate layer in the heat insulating structural member according to the first embodiment of the present invention
  • Figs. 8 to 10 are views in which the intermediate layer has a basic constitution of a vacuum insulation material, and further a vacuum insulation panel surface protection material, a slip material, and a reinforcing insulation material are installed on the vacuum insulation panel
  • FIG. 11 is a view showing a state in which a connector is installed between a top plate and a bottom plate
  • FIG. 12 is a view showing a state in which a lightweight shaped body is installed inside a core layer
  • FIG. 13 is a perspective view showing a heat insulating structural member according to a third embodiment of the present invention.
  • Fig. 14 is a longitudinal sectional view showing the heat insulating structural member of Fig. 13
  • 15 to 26 are views for explaining the construction of a heat insulating structural member having a connection portion of a filler stepped structure
  • FIGS. 27 and 28 are longitudinal sectional views showing a heat insulating structural member according to a fourth embodiment of the present invention
  • 29 and 30 are longitudinal sectional views showing a heat insulating structural member according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 31 is a perspective view showing a heat insulating structural member according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 32 is a longitudinal sectional view showing a heat insulating structural member according to a sixth embodiment of the present invention
  • FIG. 33 is a longitudinal sectional view showing a heat insulating structural member according to a seventh embodiment of the present invention
  • 35 is a longitudinal sectional view showing a heat insulating structural member according to a ninth embodiment of the present invention
  • FIG. 36 is a longitudinal sectional view showing a heat insulating structural member according to a tenth embodiment of the present invention
  • FIG. 37 is a longitudinal sectional view showing a heat insulating structural member according to an eleventh embodiment of the present invention
  • Fig. 38 is a longitudinal sectional view in which adjacent heat insulating structural members are connected to each other in Fig. 37
  • the insulating material of the present invention comprises a lower plate 10; An upper plate 20 disposed above the lower plate 10 at a predetermined distance from the lower plate 10; An intermediate layer (50) comprising a heat insulating material disposed between the bottom plate (10) and the top plate (20); A connection part formed at the end of the lower plate 10 and the upper plate 20 and composed of a mixture of a metal layer and a nonmetal layer; And a core layer (40) injected into the box space formed by the lower plate (10), the upper plate (20), the intermediate layer (50) .
  • the non-expandable polymer of this embodiment includes non-expandable polyurethane.
  • connection part serves as a rim, and it can play a role of strengthening the structural fastening between the member or the heat insulating structural member connected to each heat insulating structural member in order to prevent the thermal bridging and to secure the structural fastening.
  • the connecting portion may be formed separately from the upper and lower plates 20 and 10, but may be integrally formed or a part thereof.
  • the width of the connecting portion can be set to 20 mm or more and 300 mm or less, and the thermal conductivity of the heat insulating material can be set to 0.01 W / m ⁇ K or less for high performance thermal insulating material.
  • the core layer 40 acts to transfer a shearing force between the upper and lower plates 20 and 10.
  • the core layer 40 includes a material, for example, a non-foamable polymer, which bonds to the upper and lower plates 20 and 10 with sufficient strength and has sufficient mechanical properties against a predicted shear force in use.
  • non-foamable polymer examples include polyurethane, epoxy resin, phenol resin, unsaturated polyester, vinyl ester, natural rubber and synthetic rubber, and preferably polyurethane materials can be used.
  • the bonding strength between the core layer 40 and the upper and lower plates 20 and 10 should be greater than 3 MPa, preferably greater than 6 MPa.
  • the bonding strength is increased to, for example, about 0.5 MPa It may be low.
  • the density of the core layer 40 is preferably 900 kg / m 3 or more, and more preferably 900 to 1900 kg / m 3 or more.
  • the modulus of elasticity of the core layer may be 200 MPa or more, and preferably 300 MPa or more.
  • the heat insulating structural member of the present invention includes a panel type (see FIGS. 2 to 32) in which one of the upper plates is disposed on one of the lower plates and the adjacent heat insulating structural members are connected to each other, And an overlay type (see Figs. 33 and 34) in which a plurality of top plates are arranged and configured in a lattice structure.
  • the panel type can be applied to a method of constructing a unit of insulation or a module of a certain size and assembling at a construction site while an overlay type is a construction type of a construction site
  • the present invention can be applied to a method of directly constructing and constructing an image.
  • the present invention is not limited to the panel type and the overlay type but may be a mixed type in which the two types are mixed.
  • the heat insulating structural member can be classified as follows according to the shape of the connection portion.
  • connection part of the block laminate structure to which the connection part of the block laminate structure is applied (see FIGS. 2 and 3)
  • the insulating material 200 (see FIG. 4) to which the connection part of the filler laminate structure is applied (See Figs. 27 and 28), (4) a heat insulating structural member 400 (see Figs. 13 to 26), (4) a heat insulating structural member 400 (See FIGS. 29 and 30), and (6) a heat insulating structural member 600 (see FIGS. 31 and 32) to which a connecting portion of a bolt fastening structure is applied.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a heat insulating structural member 100 according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view of FIG.
  • a heat insulating structural member (100) according to a first embodiment of the present invention comprises a lower plate (10) made of a metal; An upper plate 20 disposed above the lower plate 10 and having a predetermined space from the lower plate 10 and forming a space S between the upper plate 20 and the lower plate 10; A connection part 130 provided at an end of the bottom plate 10 and the top plate 20; And a core layer 40 filled in a liquid phase in a box space formed by the lower plate 10, the upper plate 20, and the connecting portion 130, and filled therein; .
  • the space S is removed after the heat insulating structural member is manufactured.
  • the non-expandable polymer constituting the core layer 40 has a characteristic that the volume of the non-expandable polymer is generally increased in a process of being injected into a liquid phase and then hardened, a process of applying a load to the top plate 20 during the injection process, do. Due to the characteristics of the non-expandable polymer, the present invention has an advantage that the space S in which the core layer 40 is filled is filled with a very tight airtightness.
  • the lower plate 10 and the upper plate 20 may have a flat structure and may be made of a composite material including a metal material such as SUS, Invar, or the like.
  • a composite material containing metal is a triplex material used in LNG cargo hold, which is a composite material that surrounds a thin aluminum plate surrounded by a glass cloth and resin, and exhibits excellent behavior at extremely low temperatures.
  • SUS is the header of Steel, Use, and Stainless, which is used to indicate the specification of stainless steel in Japanese standard JIS.
  • a plurality of corrugations may be formed on the top surface of the top plate 220 in contact with the liquefied gas.
  • the connecting portion may fix the heat insulating structural member 100 to the substructure 1 (FIG. 19) or to connect the adjacent heat insulating structural members 100 to each other.
  • connection unit 130 may include a mixture of a metal layer and a non-metal layer.
  • the sub-structure 1 is a cargo hold of a ship, a part of a stand-alone tank body, or a base frame or plate such as an architectural structure.
  • the form and configuration of the sub-structure 1 are for the purpose of illustrating an example of the present invention, but are not limited thereto.
  • connection portion 130 is not limited to the drawings of the present embodiment and may be a polygonal or circular bar or stick shape or a rectangular frame or a frame member and may be a liquid
  • the non-expandable polymer is injected and cured, has a function of preventing the liquid non-expandable polymer from flowing down.
  • connection part 130 has the same shape as the lower connection part 131, the upper connection part 132, the lower connection part 131 and the upper connection part 132 made of metal,
  • a non-foamable polymer which is an intermediate connecting part interposed between and bonded to (adhered to)
  • the connection unit 130 may be formed of a mixture of a metal layer and a non-metal layer.
  • the lower connecting portion 131, the upper connecting portion 132 and the non-expandable polymer 133 may be integrally joined (or bonded) to each other via a separate manufacturing process (not shown) have.
  • connection part 131 the lower connection part 131, the upper connection part 132 and the non-foamable polymer (intermediate connection part) 133 are bonded (or bonded)
  • Foamed polymer 133 may be filled and cured to form an integral body of the entire connection part 130.
  • connection unit 130 includes a lower connection unit 131, a metal upper connection unit 132, a lower connection unit 131, and an upper connection unit 132, A non-expandable polymer, for example, a non-metal layer 133 interposed in the form of a " T "
  • FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a heat insulating structural member 200 to which a connection portion of a fillet stacking structure is applied.
  • the heat insulating structural member 200 according to the second embodiment of the present invention is the same as the heat insulating structural member 100 according to the first embodiment of the present invention except for the connecting portion. ) Will be described.
  • the connecting portion 230 includes a nonmetal layer 233, for example, a non-expandable polymer, which is an intermediate connecting portion between the lower connecting portion 231 and the upper connecting portion 232 .
  • the connection unit 230 may be formed of a mixture of a metal layer and a non-metal layer.
  • the non-foamable polymer layer 233 is formed between the lower connection part 231 and the upper connection part 232 together with the core layer 40 in the process of injecting and curing the liquid non-foamable polymer in order to produce the core layer 40 made of the foamable polymer.
  • 5 to 7 are longitudinal sectional views showing the installation of the intermediate layer in the heat insulating structural member 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • a space S is formed between the lower plate 10 and the upper plate 20, and further includes the intermediate layer 50 in the space S
  • the intermediate layer 50 may be provided on the lower side of the upper plate 20 (see FIG. 5), the core layer 40 (see FIG. 6) (Refer to FIG. In Fig. 6, S1 and S2 are spacers or support membranes, which means a member that maintains a constant spacing or supports the intermediate layer 50.
  • the thickness of the vacuum insulation material may be, for example, about 5 to 25 mm, and it may be installed between the core layer 40 and the top plate 20 (-30 DEG C to -70 DEG C) of the core layer (non-foamable polymer material) 40 by blocking the cryogenic temperature, that is, by maintaining the temperature within the non-expandable polymer operating temperature range, thereby effectively preventing the brittle fracture phenomenon can do.
  • At least one of an airgel insulation material or a slim organic or inorganic insulation material is used in place of the vacuum insulation material, and an atypical type insulation material (gas, liquid, gel type ). ≪ / RTI >
  • the thermal conductivity of the vacuum insulation material (W / m ⁇ K, based on 20 ° C) should be 0.0045 or less.
  • the airgel insulation is made of Aspen aerogels, Thermablock, etc., and the thermal conductivity (W / m ⁇ K, based on 20 °C) is 0.015 or less.
  • the structure of the vacuum insulation material includes a core material and a sheath material for vacuum packing the core material, and includes a metal foil between the core material and the sheath material, and the metal foil includes an aluminum foil. Since the structure of the vacuum insulator corresponds to the known technique disclosed in the foregoing, a detailed description thereof will be omitted.
  • the intermediate layer 50 includes a vacuum insulation material.
  • the intermediate layer 50 is slippery with the upper plate 20 Can be installed.
  • the core layer 40 protects the vacuum insulation from external impacts, and a liquid non-foamable polymer is injected and cured into the space S to adhere to the inner surface of the space in an airtight manner to maintain the structural rigidity.
  • the intermediate layer 50 has a vacuum insulator 51 as a basic constitution.
  • the vacuum insulator 51 includes a vacuum insulator surface protection material 52, a slip material 53, a reinforcing insulation material 54). ≪ / RTI >
  • the density of vacuum insulation is about 150 ⁇ 300kg / m3, which is higher density than other foam insulation and has a strong resistance to compressive load. However, if scratches are generated in the coating and minute holes are formed or torn, the heat insulating performance is remarkably deteriorated.
  • the vacuum insulator 51 may be covered with the vacuum insulator surface protection material 52 on the vacuum insulator 51, .
  • the vacuum insulator surface protection material 52 may serve to protect the top surface coating of the vacuum insulator 51 in the form of a film.
  • the vacuum insulating material is installed between the core layer 40 and the upper plate 20 to have a heat insulating property and the vacuum insulating material surface protecting material 52 is provided between the vacuum insulating material and the top plate 20 to prevent the coating damage of the vacuum insulating material.
  • the slip material 53 can enable the slip with the top plate 20.
  • the slip material 53 may serve to induce a more smooth slip of the intermediate layer 50, and may be in the form of a corrugated cardboard paper, a synthetic resin sheet, or the like.
  • the slip material 53 preferably has a smooth surface. As the surface becomes smoother, the slip phenomenon is more smoothly induced at a cryogenic temperature, and the thermal stress and the thermal stress generated by the difference in thermal expansion coefficient between the top plate 20 of the metal material and the core layer 40, The brittle fracture phenomenon of the core layer 40 at a very low temperature can be effectively prevented.
  • top plate 20 made of a metal and the core layer 40 made of a polyurethane material have different thermal expansion coefficients, thermal stresses may be generated due to different thermal expansion coefficients.
  • thermal stress refers to the stress generated inside the solid by temperature change. It is known that the thermal expansion coefficient of the core layer 40 made of a polyurethane material is about 4 to 10 times larger than that of the top plate 20 made of a metal material. Such a thermal expansion coefficient causes a thermal stress, there is a problem.
  • the thermal stress that may be caused by the difference in thermal expansion coefficient can be largely reduced through simple structural modification by adding the slipable intermediate layer 50, and the brittle fracture phenomenon at a very low temperature can be effectively prevented.
  • the upper surface of the intermediate layer 50 can be slidably contacted with the lower surface of the upper plate 20 and the lower surface of the intermediate layer 50 can be joined to the core layer 40.
  • the core layer 40 is completely bonded to the box space formed by the bottom plate 10 and the top plate 20 and the connecting portion 130 and the core layer 40 is tightly sealed to cover the entire surface of the vacuum insulation material So that the compressive load of the core layer 40 can be effectively dispersed, and the core layer 40 is brought into close contact with the core layer 40, so that the function as a structural member can be sufficiently exhibited.
  • the core layer 40 is bonded to the lower plate 10 and the lower layer 10 is bonded to the upper layer 20 and the lower layer 10.
  • the core layer 40 is bonded to the upper layer 20, the connecting portion 130, the core layer (non-expandable polymer material) 40, Tightly or liquid-tightly to the inner surface of the box space formed by the connecting portion 130 and the intermediate layer 50.
  • the core layer 40 can be bonded (or adhered) to the inner surface of the box space in tight contact with airtightness or liquid tightness during the curing process, the core layer 40 can be firmly coupled without using any adhesive.
  • connection part 131 and the upper connection part 132 of the connection part 130 may be fixed to the lower plate 10 and the upper plate 20 by welding or bolting.
  • the intermediate layer 50 and the top plate 20 do not use an adhesive and can maintain a slip contact state.
  • the slip action between the top plate 20 and the bottom plate structure is important in order to greatly reduce the thermal stress and to prevent the transmission of the slip material 53. In order to more smoothly induce the slip action,
  • an impact modifier (not shown) for absorbing the impact energy transmitted to the vacuum insulator may be further disposed.
  • FIG. 11 is a view showing a connector installed between the upper plate and the lower plate.
  • a connector 70 may be provided between the top plate 20 and the bottom plate 10.
  • the upper plate 20 and the core layer 40 are connected with a strong force of 3 MPa or more by the connection structure of the connector 70 so that the load applied to the heat insulating structural member 100 is uniformly dispersed,
  • the upper and lower plates 20 and 10, and the core layer 40 all behave in the same direction, so that the peeling phenomenon can be effectively prevented and the structural performance can be significantly improved.
  • the upper end of the connector 70 may be fixed to the upper plate 20 and the lower end of the connector 70 may be fixed to the core layer 40 as shown in Fig.
  • the web 71 of the connector 70 is located through the clearance (through hole) of the intermediate layer 50, and the flange 72 of the connector 70 is located inside the core layer 40 Can be fixed.
  • both ends of the connector 70 can be fixed to the core layer 40.
  • the web 71 of the connector 70 is located through the clearance (through hole) of the intermediate layer 50, and both flanges 72 of the connector 70 are positioned on the core layer 40, .
  • the mounting position and shape of the connector are not limited to this embodiment, and can be variously changed.
  • the connector 70 is preferably made of a material having a low thermal conductivity so that the heat transfer is not performed through the connector 70. It is preferable that the surface of the connector 70 is coated with a heat insulating material.
  • FIG. 12 is a view in which a lightweight shaped body is provided inside the core layer.
  • the lightweight body 80 may be provided inside the core layer 40.
  • the lightweight body 80 may be a bubble core such as a table tennis ball (sphere).
  • the lightweight bodies 80 may be disposed adjacent to each other or at regular intervals.
  • the material of the lightweight molded body 80 is preferably made of a non-foamable polymer material or an affinity (good bonding or bonding property) material for tight bonding with the core layer 40, but is not limited thereto.
  • the lightweight molded body 80 is formed inside the core layer 40, the total weight can be reduced accordingly, and the lightweight molded body can be made lightweight, and the lightweight molded body 80 is densely arranged in the space, Rigidity and insulation performance can be further enhanced.
  • FIG. 13 is a perspective view illustrating a heat insulating structural member 300 to which a connection portion of a block stepped structure is applied
  • FIG. 14 is a longitudinal sectional view illustrating the heat insulating structural member 300 of FIG.
  • a heat insulating structural member 300 includes a lower plate 10 made of a metal; An upper plate 20 disposed above the lower plate 10 and having a predetermined space from the lower plate 10 and forming a space S between the upper plate 20 and the lower plate 10; A connection part 330 formed at the end of the lower plate 10 and the upper plate 20 for preventing thermal bridge phenomenon and for structural fastening and composed of a mixture of a metal layer and a nonmetal layer; And a core layer 40 filled with a non-expandable polymer which is injected and cured in a liquid state in a space formed by the lower plate 10, the upper plate 20, and the connecting portion 330.
  • connection portion 330 includes a lower connection portion 331 made of metal and fixed to the lower plate 10 and a lower portion 331 fixed to the upper plate 20 and having a lower portion 331, A non-foamable polymer layer 333, for example, a non-foamable polymer, is interposed between the lower connection part 331 and the upper connection part 332, .
  • the connection part 330 may be formed of a mixture of a metal layer and a non-metal layer.
  • the non-foamable polymer 333 may be integrally formed with the core layer 40 in the curing process of the core layer 40 made of a non-foamable polymer material.
  • a metal plate 341 may be formed on the upper surface of the closing member 340 and a non-foamable polymer block 342 may be formed on the lower surface of the metal plate 341.
  • the metal plate 341 may be welded to the upper connecting portion 332, Or the like.
  • the coupling method or the fixing method is not limited to the welding or bolt fastening method, and other coupling methods can be adopted depending on the design conditions and the construction method.
  • the heat insulating structural member 300 includes a lower plate 10 made of metal,
  • the lower connection portion 331 can be fixed to the upper edge portion of the upper portion by welding or bolting.
  • a plurality of spacers S1 are appropriately arranged on the upper surface of the lower plate 10, and an intermediate layer (for example, vacuum insulator) 50 is disposed on the spacers S1.
  • the lower plate 10 and the vacuum insulator 50 are spaced from each other by the spacer S1 to form a space therebetween.
  • a plurality of spacers S2 are placed on the upper surface of the vacuum insulator 50, and the upper plate 20 is placed on the spacers S2.
  • An upper connection portion 332 is provided at a rim portion of the top plate 20.
  • the liquid non-foamable polymer is injected and cured to form the core layer 40 in the space between the lower plate 10 and the upper plate 20 and the intermediate connection portion 332 is also connected between the lower connection portion 331 and the upper connection portion 332.
  • a negative non-metallic layer 333 for example, a non-foamable polymer.
  • the vacuum insulation may be composed of an outer foil and an inner filling material (such as fumed silica or glass wool) and is configured to maintain a vacuum to prevent air / gas from entering.
  • fumed silica is composed of nonflammable materials because it is similar to sand particles
  • glass wool is also a material that can be used as a refractory material.
  • the heat insulating structural member 300 of the present invention is formed in a block stepped structure that is disposed on a substructure 1 (see FIG. 19) and disposed in proximity to each other, and between the adjacent heat insulating structural members 300, And is fixedly installed.
  • the closure members 340 and 350 may have a metal plate 341 formed thereon and a non-expandable polymer block 342 formed on the lower surface of the metal plate 341. It is preferable that the metal plate 341 has the same thickness as the top plate 20 and the top surface is flat.
  • the non-expandable polymer block 342 may be formed by injection curing a liquid non-expandable polymer, not a block type. That is, the non-expandable polymer liquid can be injected and cured in a space formed under the metal plate 341.
  • the closure members 340, 350 include a cruciform closure member 340 (see Figs. 22, 23, 24) installed near a vertex at which four heat insulating structural members are gathered; And a straight closing member 350 (see Fig. 25) provided near the corner where the two pieces of the heat insulating structural members are close to each other.
  • the sub-structure 1 is a cargo hold of a ship, a part of a stand-alone tank body, or a base frame or plate such as an architectural structure.
  • the form and configuration of the sub-structure 1 are for the purpose of illustrating an example of the present invention, but are not limited thereto.
  • the heat insulating structural member assembly of the present invention can be applied in various fields such as an insulation system of a cargo hold of a ship, a freezing warehouse, a building structure, or the like in which a structural member function and an insulation function must be simultaneously performed.
  • the insulating structure member 300 is disposed adjacent to the substructure 1 and then the bolts B are fastened in the bolt holes 331a to form the heat insulating structural member 300 ). At this time, a gap is formed between the lower plate 10 and the lower plate 10, and the gap is filled with the sealant 2 (refer to FIG. 22). And the finishing members 340 and 350 are fixedly installed between the heat insulating structural members 300.
  • the metal plate 341 of the closing member may be bolted to the upper connection portion 332 or fixedly installed by welding or the like.
  • the construction of the heat insulating structural member 300 according to the third embodiment of the present invention may also include the intermediate layer, the connector, and the lightweight body disclosed in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 27 is a view for explaining the manufacture of the heat insulating structural member 400 using the connecting part of the filling stepped structure
  • FIG. 28 is a longitudinal sectional view showing the heat insulating structural material 400 using the connecting part of the filling stepped structure.
  • the heat insulating structural member 400 according to the fourth embodiment of the present invention is characterized in that a lower connection portion 431 is formed at the upper edge of the lower plate 10, A lower spacer S1 is provided on an upper surface of the lower plate 10 and a lower spacer 10 is spaced apart from the lower plate 10 by a lower spacer S1.
  • An upper spacer S2 is provided on the upper surface of the intermediate layer 50 and an upper connection portion 432 is formed on the lower edge of the upper plate 20 by a predetermined distance from the intermediate layer 50 by the upper spacer S2 .
  • the gap between the lower connecting portion 431 and the upper connecting portion 432 is blocked by using the temporary blocking member 170 and the gap between the lower plate 10 and the upper connecting portion 432 is reduced through the perforation (hole for injecting the liquid non-
  • the liquid non-foamable polymer is injected into the upper space formed between the plates 20 and cured to form the core layer 40.
  • the temporary blocking member 170 is preferably made of a material that does not adhere well to the liquid polyurethane, for example, Teflon.
  • connection part 430 may be formed of a mixture of a metal layer and a non-metal layer.
  • connection portion 431 and the upper connection portion 432 are formed in the process of forming the core layer 40 by injecting and curing the liquid non-foamable polymer in the heat insulating structural member 400 using the connection portion 430 of the filling stepped structure, Metal layer 433 is formed between the core layer 40 and the non-metal layer 433, and the core layer 40 and the non-metal layer 433 are integrally formed together.
  • nonmetal layer 433 By forming the nonmetal layer 433 together with the core layer 40 as described above, thermal crosslinking can be minimized and the heat insulating performance and structural performance can be further improved.
  • the metal plate 441 of the closure member 440 is joined to the upper portion 440 of the closure member 440 in the joining structure of the closure member 440, And can be welded to the connection portion 432.
  • the metal plate 441 of the closing member 440 can be fastened to the upper connecting portion 432 with bolts B as shown in FIG. 28 (b).
  • the joining method or the fixing method is not limited to the welding or bolting method, and other joining methods may be adopted depending on the design conditions and construction method.
  • 29 and 30 are vertical cross-sectional views showing a heat insulating structural member 500 to which a connection portion of a filled-up type structure is applied.
  • a heat insulating structural member 500 includes a lower plate 10 made of a metal; An upper plate 20 disposed above the lower plate 10 and having a predetermined space from the lower plate 10 and forming a space S between the upper plate 20 and the lower plate 10; A connection part 530 provided at the end of the lower plate 10 and the upper plate 20 for preventing thermal bridging and for structural fastening and composed of a mixture of a metal layer and a nonmetal layer; And a core layer 40 filled with a non-expandable polymer that is injected and cured in a liquid state in a space formed by the lower plate 10, the upper plate 20, and the connecting portion 530.
  • the connecting portion 530 is detachably coupled to the top plate 20 and injects and cures a liquid non-foamable polymer into a space between the upper connecting portion 532 and the lower connecting portion 531 to form a nonmetallic layer 533,
  • a non-foamable polymer may be integrally formed with the core layer 40, and may have a finned structure in which the adjacent heat insulating structural members 500 are connected to each other.
  • the connection portion 530 may be formed of a mixture of a metal layer and a non-metal layer.
  • both ends of the upper connection part 532 are inserted into the coupling groove 41 of the core layer 40 and the liquid is injected into the space between the upper connection part 532 and the lower connection part 531,
  • the heat insulating structural member 500 can be manufactured by curing.
  • a filling material 2 such as a glass wool may be provided between the lower connection portions 531.
  • the liquid non-foamable polymer is airtightly joined in the space between the upper connection portion 532 and the lower connection portion 531 in the injection hardening process and the core layer 40 and the nonmetal layer 533 are integrally joined, Can be effectively prevented, insulation performance and structural performance can be further improved, productivity can be improved by simplifying construction work.
  • FIG. 31 is a perspective view showing a heat insulating structural member of a bolt fastening type
  • FIG. 32 is a longitudinal sectional view showing a bolt fastening type heat insulating structural member.
  • a heat insulating structural member 600 includes a lower plate 10 made of a metal; An upper plate 20 disposed above the lower plate 10 and having a predetermined space from the lower plate 10 and forming a space S between the upper plate 20 and the lower plate 10; A connection part 630 formed at the end of the lower plate 10 and the upper plate 20 for preventing thermal bridging and for structural fastening and composed of a mixture of a metal layer and a nonmetal layer; And a core layer 40 filled with a non-expandable polymer which is injected and cured in a liquid state in a space formed by the lower plate 10, the upper plate 20, and the connecting portion 630.
  • connection portion 630 may be configured to be coupled into the fastening hole H so as to be installed in the substructure 1.
  • the bonding strength (adhesion) between the core layer 40 (non-expandable polymer material) and the inner surface of the metal plate (upper or lower plate or connection portion) surrounding the core layer 40 Is in the range of 3 MPa to 15 MPa.
  • the bonding strength of the core layer 40 is limited because the non-foamable polymer heat insulating structural member is formed integrally with a metal box (a box formed by the upper and lower plates and the connecting portion) surrounding the core layer 40 In order to fulfill its role as a structural material.
  • the metal box and the core layer 40 must be bonded (adhered) to each other with the bonding strength as described above to realize a function as a structural member which can be used in a main member of a ship which receives considerable combined loads.
  • the core layer 40 of the non-foamable polymer material and the upper and lower plates 20 are integrated so that they can cope with various composite loads similarly to a single structure.
  • 33 and 34 are views showing an overlay type in which a plurality of top plates are arranged on one lower plate to have a lattice structure.
  • FIG 33 is a longitudinal sectional view showing a heat insulating structural member 700 according to a seventh embodiment of the present invention, in which a plurality of top plates 20 are arranged on one lower plate 10, , And can be used when a liquid non-foamable polymer needs to be separately injected for construction.
  • the core layer 40 may include an intermediate layer 50, for example, a vacuum insulation material.
  • the lower spacer S1 and the upper spacer S2 serve to support the intermediate layer 50 and maintain a constant distance from the lower plate 10 and the upper plate 20.
  • FIG. 34 is a longitudinal sectional view showing a heat insulating structural member 800 according to an eighth embodiment of the present invention.
  • a lower connection portion 831 is formed on an upper surface rim of a lower plate 10
  • the lower spacer S1 is provided on the upper surface of the lower plate 10 and the intermediate layer 50 is mounted on the lower plate 10 with a predetermined distance therebetween by the lower spacer S1.
  • An upper spacer S2 is provided on the upper surface of the intermediate layer 50 and an upper connection portion 832 is formed on the lower edge of the upper plate 20 while maintaining a predetermined distance from the intermediate layer 50 by the upper spacer S2 .
  • connection portion 830 may be formed of a mixture of a metal layer and a non-metal layer.
  • a non-foamable polymer 833 which is an intermediate connecting portion, is formed between the lower connection portion 831 and the upper connection portion 832 in the process of forming the core layer 40 by injecting the liquid non-foamable polymer, By forming the core layer 40 and the nonmetal layer 833 integrally, thermal bridging can be minimized and the heat insulating performance and structural performance can be further improved.
  • the closing member 840 may be closed between the heat insulating structural members and the metal plate 441 of the closing member 840 may be fastened to the upper connecting portion 432 with the bolts B.
  • 35 is a longitudinal sectional view showing a heat insulating structural member according to a ninth embodiment of the present invention.
  • the inert gas circulation pipe 850 may be connected to the inert gas circulation pipe 840 and the gas tube 850 may be extended to a region where cracks may occur.
  • the inert gas can be circulated through the inert gas circulation pipe 840 and the concentration of the inert gas can be confirmed by the gas recovery unit of the detection device.
  • a mesh or a filter 860 is formed at the end of the gas tube 850 to prevent the liquid non-expandable polyurethane from flowing into the gas tube 850 during the formation of the core layer 40 .
  • 36 is a longitudinal sectional view showing a heat insulating structural member according to a tenth embodiment of the present invention.
  • a heat insulating structural member 1100 includes a metal upper plate 20; A metal lower plate 10 positioned with the metal upper plate 20 and a predetermined space therebetween; A vacuum insulator 51 inserted between the metal upper plate 20 and the lower metal plate 10; And a non-foamable resin (40) which is tightly joined to the inner surfaces of the metal upper plate (20) and the lower metal plate (10) while entirely covering the vacuum heat insulating material (51).
  • the non-foamable resin 40 includes an elastomer which is a synthetic resin of a polyethylene (LDPE) based elastomer.
  • LDPE polyethylene
  • the non-foamable resin 40 is formed between the metal upper plate 20 and the lower metal plate 10 in order to protect the vacuum insulator 51 from external impact and maintain the structural rigidity (function as a structural member).
  • the non-foamable resin 40 is an example of the core layer, and can be formed through a method of curing after injection of a liquid non-foamable resin.
  • the heat insulating structural member of the present embodiment has superior performance in terms of heat insulation since it has a high-performance heat insulating material therein, for example, a vacuum heat insulating material.
  • the metal plate 20, the non-foamable resin 40, the vacuum insulation material 51, the metal bottom plate 10 (the upper surface of the metal bottom plate 10), and the metal bottom plate 10 ) are optimized to be 4-6 mm, 15-25 mm, 10-20 mm, and 4-6 mm, respectively, so that the heat insulating performance can be sufficiently secured.
  • the non-foamable resin 40 is adhered (or bonded or adhered) to the surface of the metal upper plate 20 and the lower metal plate 10 and the vacuum heat insulator 51 disposed therebetween to improve durability.
  • the non-foamable resin 40 is arranged at both ends of the heat insulating structural member 1100 at a constant thickness, thermal bridging by the metal material is prevented, and heat transfer is minimized.
  • the heat insulating structural material of this embodiment can further improve the performance of the heat insulating material. That is, when the ordinary heat insulating material is vulnerable to impact and fine cracks of the outer skin are formed, the heat insulating performance may be deteriorated due to a problem such as gas entry over time. In the present embodiment, Since the high-density non-foamable resin 40 is wrapped around the whole outside of the vacuum heat insulating material 51, the phenomenon of deterioration of the heat insulating performance does not occur.
  • the thickness of the both end portions is strengthened by using the non-foam polymer, the structural rigidity is increased, and the core layer of the non-foam polymer material covers the entire surface of the vacuum insulation material, The vacuum degree of the vacuum insulation material can be maintained for a long time for a long time.
  • the vacuum insulation material is wrapped by an outer coating of a metal material on the outside thereof, but there is a problem that the vacuum is gradually reduced due to continuous air permeation.
  • the non-foamable resin 40 entirely encloses the vacuum insulation material, the vacuum insulation material does not enter and exit the gas, so that no bubbles are generated in the non-foamable resin 40, And structured vulnerability issues can be prevented in advance.
  • FIG. 37 is a longitudinal sectional view showing a heat insulating structural member according to an eleventh embodiment of the present invention
  • FIG. 38 is a longitudinal sectional view showing adjacent heat insulating structural members connected to each other in FIG. 37.
  • a heat insulating structural member 1200 includes a metal upper plate 20; A metal lower plate 10 positioned with the metal upper plate 20 and a predetermined space therebetween; A vacuum insulator 51 inserted between the metal upper plate 20 and the lower metal plate 10; A non-foamable resin (40) which covers the vacuum insulation material (51) as a whole and tightly joins the metal upper plate (20) and the lower metal plate (10); And a connection portion (rim portion) 1230 provided at the end of the metal lower plate 10 and the metal upper plate 20.
  • the non-foamable resin 40 is fully and tightly bonded to the box space formed by the lower plate 10, the upper plate 20 and the connecting portion 1230, so that the bonding structure is robust and the peeling phenomenon can be effectively prevented, It is possible to increase the structural rigidity and prevent the generation of bubbles in the non-foamable resin 40 due to no gas entry and exit, thereby preventing the problem of reduced insulation and structural vulnerability that may occur due to bubbles.
  • connections (rim or finishing) 1230 may be a mix of components for preventing thermal bridging and for structural fastening and connection, but are not necessarily limited thereto, and may be monolithic with material modifications that have low thermal conductivity .
  • the connecting portion (rim portion) 1230 is welded so that the adjacent heat insulating structural members 1200 can be connected to each other.
  • the heat insulating structural material of the present invention can be applied not only to a liquefied gas holding space insulation system but also to a heat insulating structural material, a roof, a thermal insulation warehouse, and the like of a building.
  • the roof structure is the area where about 40% of the standard building heat loss occurs, and insulation is very important. Due to the nature of the roof, waterproofing is also important, and it is built to withstand heavy loads such as snow, rain, and wind. In practice, this requires a variety of cumbersome coatings, insulation, waterproofing and construction work. However, when the heat insulating structural member of the present invention is applied, since the construction, insulation and waterproofing work can be completed by one construction, considerable material cost reduction and labor cost reduction effect can be expected.
  • the insulating material of the present invention can also be applied to a bunker tank of a ship.
  • HFO which is used as a fuel for ship is very high viscosity at room temperature. Therefore, it is necessary to have a device that smoothes fluidity by raising the temperature of medium fuel oil Do.
  • the temperature inside the tank can be increased to about 100 ° C.
  • the heat insulating structural member of the present invention can be applied to a pipe requiring heat insulation.
  • Vacuum insulation is currently being processed in the form of a pipe.
  • Such a vacuum insulation material and an existing metal pipe can be easily fabricated as one body.
  • installation work is simplified, excellent insulation performance is ensured, and piping work is very easy to maintain.
  • the thickness and shape of the lower plate and the upper plate, the vacuum insulation, the connector, and the like are merely shown arbitrarily for convenience of explanation, and thus can be variously changed according to design conditions.
  • a welding bead formed at a welding portion of a connection portion between a heat insulating structural member is partially formed only on a surface of a metal layer in the present embodiment, for the sake of convenience, And it is possible to control the welding depth and welding range by full penetration, half penetration method, etc. according to the classification rules. Furthermore, although not shown in the connecting portion between the intermetallic or non-metallic layers, the bonding strength and the like can be further increased by using a bonding or bonding method.
  • connections are classified into 1 block laminate structure 2 filler laminate structure 3 block step structure 4 filling step structure 5 fill end structure 6 bolt fastening structure, but for convenience of explanation, , But is not limited thereto.
  • the connecting unit is configured to have three stages, the present invention is not limited thereto, and various configurations can be used.
  • the nonmetal layer (intermediate connection portion) may be made entirely of a non-foamable polymer material, but only a part may be made of a non-foamable polymer material. That is, the inside may be formed of a metal material and the surface may be formed of a non-foamable polymer material.
  • the lower block 31 and the upper block 32 may be made of a metal material in terms of strength but are not necessarily limited thereto and may be replaced with materials having a strength corresponding to a metal.

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Abstract

본 발명은 단열 구조재에 관한 것으로, 첫째, 단열 구조재의 연결부 구조를 개선하여 열교 현상을 최소화 내지는 방지할 수 있으며, 둘째, 단열 구조재의 코어 층 내부에 진공단열재를 배치하여 단열성능을 향상시키고, 셋째 구조적 성능이 우수한 비발포성 폴리머 재질로 코어 층을 구성하여 구조적 강성을 높이며, 코어 층의 기밀 접착구조를 통해서 진공단열재의 가스 출입을 방지하며, 화재에 취약하지 않도록 방화성능을 강화시킬 수 있도록 함으로써, 단열성능과 구조성능이 필요한 분야에 범용적으로 적용할 수 있다.

Description

단열 구조재 및 이를 적용한 저온 및 극저온 액화가스 운반선
본 발명은 단열 성능과 구조재 성능을 갖는 단열 구조재 및 이를 적용한 저온 및 극저온 액화가스 운반선에 관한 것으로, 구체적으로는 단열 구조재의 연결부 구조를 개선하여 열교 현상을 최소화 내지는 방지할 수 있으며, 단열 구조재의 코어 층(core layer) 내부에 진공단열재를 포함하는 중간층을 더 배치하여 단열성능을 향상시키고, 구조적 성능이 우수한 비발포성 폴리머 재질로 코어 층을 구성하여 구조적 강성을 높일 수 있으며, 코어 층이 진공단열재의 표면 전체를 균일하게 감싸도록 구성하여 진공단열재의 가스출입을 방지하고, 화재에 취약하지 않도록 내화성능을 강화시킨 단열 구조재 및 이를 적용한 저온 및 극저온 액화가스 운반선에 관한 것이다.
일반적으로 복합 라미네이트 구조재는 밀폐된 금속박스에 엘라스토머(elastomer)를 주입하여 제작하는 것으로, 건축물의 콘크리트 구조재 및 조선 분야의 철 구조재를 대체하는 구조재로 사용되기도 한다.
특허등록 제10-0742033호 공보에는 복합 라미네이트 구조재가 개시되며, 공보에 개시된 종래 복합 라미네이트 구조재는 다음과 같은 문제들이 있다.
첫째, 종래 복합 라미네이트 구조재는 하중과 충격을 위주로 고안된 구조재로, 단열성능을 위한 단열재로의 기능에는 한계가 있다. 즉, 금속박스를 구성하는 제1 금속 층과 제2 금속 층이 상대적으로 고밀도인 폴리머(엘라스토머)의 중간층에 접착 연결된 구조이므로, 열교 현상이 제1 금속 층과 제2 금속 층 전면에서 발생한다.
열교 현상이란, 단열 구조재 구조상 끊어진 부분, 즉 끝단 부분이 다른 부분보다 온도가 상대적으로 낮고 또 그 끝단 부분을 통해서 많은 열류가 흐르게 되어, 액화가스(LNG 또는 LPG 등)와 같은 극저온 화물에 대하여 단열성을 현저히 떨어뜨리는 현상을 말한다. 예를 들어, 열전도율이 매우 높은 금속 재질이 두께 방향으로 관통되어 설치될 경우, 이를 통해서 상당한 열류가 흐르게 된다.
종래 복합 라미네이트 구조재는, 구조상 제1 금속 층과 제2 금속 층의 열전도율이 매우 높으므로, 단열재로서의 기능은 폴리머(엘라스토머)로 구성된 중간층이 주로 담당한다.
하지만, 일반적으로 사용되는 엘라스토머의 열전도율(k-value)은 약 0.17∼0.18W/mㆍK(20℃ 기준) 수준으로, 에어로젤이나 진공단열재와 같은 단열재와는 비교조차 되지 않으며, 일반적으로 가장 널리 사용되고 있는 유기 및 무기 단열재(열전도율 0.030~0.045 W/mㆍK)에 비해서도 단열성능이 현저히 떨어지므로, 종래 복합 라미네이트 구조재는 단열재로 사용하기에 적합하지 않다.
현재까지 단열 성능과 구조재 성능을 함께 갖는 단열 구조재(또는 복합 패널)에 대한 기술이 미비하고, 공개된 대부분의 단열 구조재가 종전의 문제점을 그대로 갖고 있기 때문에 큰 하중과 저온의 화물(예를 들어, 액화가스)을 저장하는 화물창에는 적용하지 못하는 기술적 한계가 있다.
종래 단열 구조재는, 페리미터 바(perimeter bar)가 금속으로 형성되어 구조적 강성은 유지하였으나, 금속은 열전도율이 높고, 열교 현상이 발생하여 단열 성능을 현저하게 떨어뜨리는 문제가 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 도 1의 (a)에 도시된 패널타입 단열 구조재에서는, 하부 금속 판(3)과 상부 금속 판(4) 사이에 금속의 페리미터 바(5)가 설치되고, 하부 금속 판(3)과 상부 금속 판(4) 사이에 폴리우레탄 층(7)이 형성되되, 열교 현상을 방지하기 위하여 상부 금속 판(4) 끝단 부에 인접 상부 금속 판(4)을 서로 연결하는 열교 현상 방지 부재(6)의 설치를 상정해 볼 수 있다.
패널 타입이란 완성된 단열 구조재가 인접하여 배치되고, 용접이나 다른 체결방식을 통해서 단열 구조재가 연결되어 조립 시공되는 방식을 의미한다.
하지만, 열교 현상 방지 부재(6)를 설치하더라도, 도 1의 (b)에서 화살표로 도시한 바와 같이, 열교 현상 방지 부재(6) 양 끝단 부와 상부 금속 판(4)의 끝단 부에 열류가 집중하고 페리미터 바(5)를 통해서 점선 화살표로 표시한 바와 같이 열류가 전달되므로 단열성을 현저하게 떨어뜨리는 열교 현상의 문제가 여전히 발생함을 예상할 수 있다.
또한, 도 1의 (c)에 도시된 오버레이 타입은 시공현장에서 직접 시공하는 방법으로, 하나의 하부 금속 판(3) 위에 페리미터 바(5)와 상부 금속 판(4)을 적층 하도록 구성하는 것으로 상정할 수 있다. 즉, 하부 금속 판(3)과 상부 금속 판(4) 끝단 부에 금속의 페리미터 바(5)가 설치되고, 하부 금속 판(3)과 상부 금속 판(4) 사이에 폴리머층(7)이 형성되며, 페리미터 바(5)가 금속재질로 구성되는 것을 상정할 수 있다.
하지만, 오버레이 타입 단열 구조재에서는, 금속의 페리미터 바(5)를 통해서 점선 화살표로 표시한 바와 같이 열류가 전달되어 단열성을 현저하게 떨어뜨리는 열교 현상의 문제가 여전히 발생함을 예상할 수 있다.
종래 기술 또는 본 발명자들이 상정한 기술에는 다음과 같은 문제들이 있다.
1) 열교 현상을 일으킨다.
금속박스(폴리머층이 형성되는 공간)를 구성하기 위해 금속재질의 페리미터 바를 사용하지만, 금속재질의 특성상 페리미터 바는 엄청난 열교 현상을 일으키기 때문에, 저온 탱크 내의 냉기를 급격히 외부로 유출하거나, 화재 시 반대편 온도를 급격히 상승시키는 주된 역할을 한다.
일반 페리미터 바를 사용할 경우, 통상적으로 전체 면적의 약 3~7%가 금속 재질의 페리미터 바로 연결된 급격한 열교 구역으로 형성된다. 가장 일반적인 철(steel)을 사용한다고 가정하면, 이러한 열교 구역의 열 전도율이 통상 코어 재질의 약 80~100배 높고, 일단 반대쪽으로 열이 전달되면 열전도가 높은 금속판을 통해 급격하게 열 전달이 발생한다. 따라서, 이 경우, 반대편 면적의 약 20%~40%가 단열 문제를 초래한다.
이러한 이유로 인해서 비발포성 폴리머를 사용한 구조재는 구조재 외부에 내화재 또는 내화 도료를 피복해야 하는 경우가 많다.
2) 진공단열재는 단열 구조재에 적용하는 데에 기술적인 한계가 있다.
우선, 구조재로서의 기능이 매우 미약하다. 진공단열재의 탄성계수는 약 50~80㎫ 내외인데, 이는 철의 탄성계수에 비해 약 3000배 작은 강도이다. 따라서 진공단열재 하나로만 건물의 바닥재나 선박의 저온 탱크를 제작하는 것은 불가능하다.
또한, 단열 측면에서도, 외부 충격에 의해서 진공단열재의 피복이 손상될 경우, 외부 공기가 출입(出入) 되어 단열성능이 현저하게 감소하는 단점이 있다.
즉, 진공단열재의 외부 피복재는 진공 챔버에서 효과적으로 내부 충진재를 둘러싸는 역할을 수행해야 하므로, 얇은 알루미늄 계열이나 이와 유사한 성능을 가진 복합 피복재를 사용한다. 이러한 피복은 외부 충격이나 스크래치(scratch)에 매우 취약하다. 또한, 외부에 금속재의 피복재가 있지만 시간이 지나면서 조금씩 외부 공기나 습기가 진공단열재 내부로 투습하여 단열 성능이 조금씩 떨어진다.
3) 발포성 폴리머(예: 폴리우레탄)는 화재에 매우 취약하다.
기존의 대형 LPG 또는 LNG 운반선은 화물창의 저온을 유지하기 위해서 발포성 폴리머를 단열재로 사용한다.
즉, 조밀한 비발포성 폴리머를 사용할 경우, 단열 성능이 현저히 떨어지므로, 발포를 일으키는 물질을 혼합하여, 코어 층 내부에 발포식 팽창 구조를 만든다. 문제는, 이러한 LPG 또는 LNG 운반선에 적용되는 발포물질이 화재 발생에 매우 취약하며, 화재 시 인체에 매우 유해한 가스를 방출한다는 것이다. 선박뿐만 아니라 육상용 냉동/냉장 저장 창고도 발포성 폴리머를 사용하여 화재가 난 사례가 다수 존재한다. 건조 중에 발생하는 용접 불씨 등도 문제이지만 건조 후에도 발포성 폴리머는 화재에 매우 취약하다.
4) 비발포성 폴리머 구조재는 단열성능이 떨어지므로 LPG 또는 LNG 운반선 저온 탱크의 단열재로 적용하기 어렵다.
비발포성 폴리머를 사용한 구조재의 경우는, 통상 금속박스로 구성되고 기밀한 구조로 만들어진 비발포성 폴리머의 난연성 및 무독성 특징으로 인해서, 화재에 대하여 발포성 폴리머 구조재보다 상대적으로 유리한 점이 있다.
즉, 금속박스 내의 밀폐된 공간에 주입된 비발포성 폴리머는 약 300℃ 이상의 온도에 수 십분 가량 노출되어도, 내부의 비발포성 폴리머는 공기가 없는 기밀한 특징과 발포성 폴리머와는 달리, 매우 조밀한 밀도(통상적인 비중 1.0 이상)를 가지는 특성으로 인해서 내부 비발포성 폴리머 표면 일부에 탄화 작용이 일어나며 타는 정도에 불과하다. 하지만, 비발포성 폴리머 구조재의 단열성능은 일반 EPS 단열재 성능의 5~7분의 1 수준으로 매우 떨어진다. 따라서, 일차적으로 LPG 또는 LNG 운반선 저온 탱크의 단열 성능을 만족하기가 어렵기 때문에 비발포성 폴리머를 사용한 구조재는 LPG 또는 LNG 운반선 저온 탱크에 적용하기 어렵다.
5) 비발포성 폴리머 구조재는 단열 성능이 떨어지므로, 내화 기준을 적용하는 구조물에 적용하기 어렵다.
비발포성 폴리머 구조재는 내화 성능이 발포성 폴리머 구조재보다 매우 좋기는 하지만, 단열 성능이 부족하므로, 일반적인 내화 기준인 화재에 노출되지 않은 반대편 온도를 110℃~180℃로 장시간 유지하는 데에는 한계가 있다.
실제로, 2시간 이상의 내화 성능을 유지하는 건축물 바닥재에 적용하는 경우, 비발포성 폴리머를 적용한 복합 라미네이트 구조재는 내화용 도료나 단열재의 피복이 필수적으로 요구되므로, 비발포성 폴리머 구조재를 내화 기준 구조물에 적용하기 어렵다.
6) 통상적인 방식으로는 진공단열재가 내화용 단열재로 사용될 수 없다.
진공단열재를 구성하는 코어 물질(예: 흄드 실리카, fumed silica)은 모래 알갱이와 비슷한 특성을 지니므로, 온도가 올라가도 타지 않는 불연재에 속하며, 높은 온도에서도 진공도만 어느 정도 유지될 수 있으면 단열재로서의 기능이 거의 그대로 구현된다. 하지만, 전술한 바와 같이 진공단열재는 내부 진공도를 유지하기 위해 얇은 알루미늄 계열이나 이와 유사한 성능을 가진 복합 피복재를 사용한다. 이러한 복합 피복재는 온도가 조금만 높아져도 변형이 손쉽게 발생하며, 이로 인해 복합 피복에 균열이 생기거나 파손되어 내부의 진공도가 급격히 떨어지게 된다.
이로 인해서, 진공단열재의 단열 성능은 여타의 단열재에 비해 월등히 우수하나, 내화용 단열재로는 사용될 수 없다. 실제로, 진공단열재의 최고 허용 고온 온도는 일반적으로 최고 100℃~150℃ 내외에 불과하므로, 진공단열재가 내화용 단열재로 사용될 수 없다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 첫째, 단열 구조재의 연결부 구조를 개선하여 열교 현상을 최소화 내지는 방지할 수 있으며, 둘째, 단열 구조재의 코어 층 내부에 진공단열재를 포함하는 중간층을 배치하여 단열성능을 향상시키고, 셋째 코어 층에 구조적 강성이 우수한 비발포 폴리머를 이용하여 구조적 강성을 높이고, 비발포 폴리머 재질의 코어 층이 진공단열재의 표면 전체를 균일하게 감싸도록 하여 진공단열재의 가스 출입을 방지하며, 넷째, 별도의 내화용 도료나 단열재의 도움없이 구현되는 자체 내화 기능을 대폭 향상시킬 수 있도록 함으로써, 단열성능과 구조성능 및 내화와 방화 기능이 필요한 분야, 예를 들어 저온 화물창의 단열시스템이나 건축 구조물 등에 범용적으로 적용할 수 있도록 함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 단열 구조재를 제공한다.
본 발명의 단열 구조재는 하부 판; 상기 하부 판과 일정간격을 유지하여 상기 하부 판의 상방에 배치되는 상부 판; 임의로(optionally), 상기 하부 판과 상기 상부 판 사이에 배치되는 단열재를 포함하는 중간층; 열교 현상을 방지하고 구조적 체결을 위하여 상기 하부 판과 상기 상부 판의 끝단 부에 마련되며, 금속 층과 비금속 층의 혼합체로 구성된 연결부; 및, 상기 하부 판, 상기 상부 판, 상기 임의의(optional) 중간층, 상기 연결부가 이루는 공간에 마련되는 코어 층; 을 포함한다.
즉, 본 발명은 상기 상부 판과 하부 판 사이에 열 전도성이 높은 금속으로 된 부재에 의하여 직접 연결되는 것을 방지하여 단열 구조재의 단열 효과를 향상시키는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, 단열 구조재간의 연결부에서 상부 판과 하부 판 사이에 열 전도성이 높은 금속으로 된 부재에 의하여 직접 연결되는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.
상기 단열재는 진공단열재, 에어로젤 단열재, 또는 슬림(slim)의 유기 및 무기 단열재, 비정형 타입 단열재 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
또한, 상기 연결부는,
상기 하부 판에 고정되는 금속재질의 하부 연결부와, 상기 상부 판에 고정되는 금속재질의 상부 연결부를 구비하되, 상기 하부 연결부와 상기 상부 연결부 사이에 중간 연결부인 비발포성 폴리머를 개재하는 적층형 구조로 구성될 수 있다.
또한, 상기 연결부는,
상기 하부 판에 고정되는 금속재질의 하부 연결부와, 상기 상부 판에 고정되고 상기 하부 연결부와 단 차지게 배치되는 금속재질의 상부 연결부를 구비하되, 상기 하부 연결부와 상기 상부 연결부 사이에 중간 연결부인 비발포성 폴리머를 개재하는 단차형 구조로 구성될 수 있다.
또한, 상기 연결부는,
상기 하부 판에 고정되는 금속재질의 하부 연결부와, 상기 상부 판에 고정되고 상기 하부 연결부와 단 차지게 배치되는 금속재질의 상부 연결부를 구비하고, 상기 하부 연결부와 상기 상부 연결부 사이에 중간 연결부인 비발포성 폴리머를 개재하되,
상기 비발포성 폴리머는 임시 차단 부재를 이용하여 상기 하부 연결부와 상기 상부 연결부 사이의 틈새를 차단한 후에, 상기 코어 층의 충진 경화 과정 시, 상기 코어 층과 일체로 형성하는 충진 단차형 구조로 구성될 수 있다.
또한, 상기 연결부는,
상기 하부 판에 고정되는 금속재질의 하부 연결부와, 상기 상부 판에 고정되는 금속재질의 상부 연결부를 구비하고, 상기 하부 연결부와 상기 상부 연결부 사이에 중간 연결부인 비발포성 폴리머를 형성하되,
상기 상부 연결부는 상기 상부 판에 탈착 가능하게 결합하고, 상기 상부 연결부와 상기 하부 연결부 사이의 공간 안에 액상의 비발포성 폴리머를 주입 경화시켜서 상기 코어 층과 일체로 형성하고 서로 인접하는 단열 구조재를 연결하는 충진 마감형 구조로 구성될 수 있다.
또한, 상기 연결부에 있어,
상기 하부 판과 상기 상부 판의 테두리 부에는 상기 하부 판과 상기 상부 판을 상하로 관통하는 체결 공이 다수 형성되고, 서브 구조물에 시공될 수 있도록 상기 연결부가 상기 체결 공 안에 결합하는 볼트 체결구조로 구성될 수 있다.
연결부를 구성하는 비금속 층에는 단열 및 구조 성능을 높이기 위해서 단열재 및 커넥터가 배치될 수 있다.
또한, 상기 공간(하부 판과 상부 판 사이의 공간)에는 중간층을 더 포함하되,
상기 중간층은 상기 상부 판의 하측에 설치되거나, 상기 코어 층 안에 설치되거나, 상기 하부 판의 상측에 설치되는 구조중 어느 하나로 구성될 수 있다.
상기 중간층은 진공단열재를 포함하며,
상기 중간층이 상기 상부 판의 하측에 설치되는 경우, 상기 중간층은 상기 상부 판과 슬립 가능하게 설치될 수 있다.
상기 상부 판과 상기 하부 판 사이에 커넥터가 고정 설치될 수 있다.
상기 코어 층은, 상기 진공단열재를 외부충격으로부터 보호하고, 구조적 강성을 유지하기 위하여 상기 공간 안으로 액상의 비발포성 폴리머가 충진(또는 충전), 경화되어 상기 공간의 내부 면에 기밀하게 접착되는 구성일 수 있다.
상기 비발포성 폴리머는 비발포성 폴리우레탄이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 탄성계수 200㎫ 이상의 구조적 강도를 가지는 폴리머를 사용할 수 있다.
상기 중간층은 진공단열재를 기본 구성으로 하고, 진공단열재 표면 보호재, 보강 단열재, 및 슬립재 중 적어도 어느 하나 이상의 조합을 더 포함할 수 있다.
상기 진공단열재는 상기 코어 층과 상기 상부 판 사이에 설치되어 단열성능을 가지며,
상기 진공단열재 표면 보호재는 상기 진공단열재와 상기 상부 판 사이에 설치되어 상기 진공단열재의 피복 손상을 방지하며,
상기 슬립 재는 상기 상부 판과의 슬립을 가능하게 할 수 있다.
상기 하부 판, 상기 상부 판과 상기 연결부에 의해서 형성된 박스공간 안에 상기 코어 층이 완전 밀착하여 접합(접착) 되며, 상기 코어 층이 기밀 접합하여 상기 진공단열재의 주위를 감싸 보호하는 구성일 수 있다.
상기 코어 층의 내부에 경량 형상체가 구비될 수 있다.
또한, 상기 하부 판 1개 위에 상기 상부 판 1개가 배치되어 서로 인접하는 단열 구조재가 연결되는 패널 타입(panel type)과, 상기 하부 판 1개 위에 상기 상부 판 여러 개가 배치되어 격자구조로 구성되는 오버레이 타입(overlay type) 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
상기 오버레이 타입은, 상기 연결부가 상기 하부 판에 고정되는 금속재질의 하부 연결부와, 상기 상부 판에 고정되는 금속재질의 상부 연결부를 구비하고, 상기 하부 연결부와 상기 상부 연결부 사이에 상기 비발포성 폴리머를 개재할 수 있다.
일반적으로 발포성 폴리머를 적용한 LPG 또는 LNG 멤브레인 화물창의 경우는, 통상 200~500㎜ 두께의 단열박스를 공장에서 제작하여 화물창에 부착하고 그 위에 저온 특성이 좋은 금속판 또는 합성 재질의 피복을 입히는 방식으로 제작된다. 이러한, 멤브레인 구조는 단열박스 사이에 기본적으로 10~20㎜가량의 설계 공차가 필수적으로 요구된다. 하지만, 단열박스의 수축/팽창을 반복시키는 에이징(aging) 기간 내에 공차 이상의 범위로 변화되는 경우가 많기 때문에 실제로는 단열박스 사이의 틈이 설계 공차 이상으로 형성될 경우가 많다.
즉, 어느 경우든 단열박스 사이는 상당한 틈이 존재한다. 따라서, 이러한 틈 사이로 상당한 열교 현상이 발생할 수 있으며, 가스 누출 시 상당량의 가스가 틈 사이에 고일 수 있다.
본 발명에서는 이러한 틈이 없이 기밀한 구조를 형성할 수 있으므로, 저온 및 극저온 화물창에 적용 시, 단열적으로 멤브레인 방식의 화물창보다 매우 우수하며 안전하다.
또한, 발포성 폴리머를 이용하여 단열 박스를 만들 경우, 단열박스를 구성하는 합판은 구조적으로 연약한 발포성 폴리머 상부에 접착되므로 슬로싱 충격에 의해 합판이 파손되는 경우도 자주 발생한다. 즉, 합판을 단단한 돌판 위에 올려놓고 큰 충격을 가할 경우, 합판 자체가 눌릴 수는 있어도 잘 파손되지는 않지만, 합판을 침대 위에 올려놓고 충격을 가할 경우, 합판 자체가 먼저 부러지는 원리와 같다.
이를 방지하기 위해서, 밀도 60~400㎏/㎥ 정도의 고밀도 발포성 폴리머를 사용하기도 하지만, 내부의 가스 셀(gas cell)로 인해서, 슬로싱에 의한 단열박스의 파손에는 여전히 취약하다.
본 발명에서, 코어 층의 재질로 사용하는 비발포성 폴리머는 통상 밀도가 900㎏/㎥ 이상으로 상당히 고밀도 재질이므로, 코어 층의 재질 위에 배치되는 단열재를 포함한 중간층을 슬로싱에 의한 파손 측면에서 효과적으로 보호할 수 있다.
한편, 본 발명의 단열 구조재는, 금속 상판; 상기 금속 상판과 일정한 공간을 가지면서 위치하는 금속 하판; 상기 금속 상판과 상기 금속 하판의 중간에 삽입된 진공단열재; 및 상기 진공단열재를 전체적으로 감싸면서 상기 금속 상판 및 상기 금속 하판과 밀착 접합되는 비발포성 수지; 를 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.
1) 가벼우면서도 매우 강한 구조적 기능을 가진다. 즉, 상 하부의 금속 판과 코어 층으로 형성된 효과적인 복합 라미네이트 구조재로서의 기능을 가진다.
상, 하부에 배치된 금속 판이 구조 전체에 걸리는 엄청난 인플레인(in-plane) 스트레스를 견딜 수 있고, 단열 구조재 내부의 코어 층 중 하나인 비발포성 폴리머의 역할로 인해서 구조 전체의 복합 단일 거동이 가능하며, 코어 층의 두께만큼 이격된 구조 때문에 단면 계수도 증가하므로, 매우 효과적인 구조재로서의 기능을 가진다. 또한, 비발포성 폴리머는 충격에 강한 특성을 지니므로, 본 발명의 단열 구조재는 외부 충격을 효과적으로 흡수할 수 있다.
2) 상하 연결부의 중간에 비금속 층, 예를 들어 비발포성 폴리머(중간 연결부)를 형성함으로써, 열교 현상을 효과적으로 차단할 수 있음은 물론, 코어 층을 형성하기 위한 액상의 비발포성 폴리머 충진 경화과정에서, 비발포성 폴리머 재질의 코어 층과 중간 연결부인 비금속 층을 일체로 형성함과 아울러, 기밀성과 접합성을 향상시켜서 구조적 강성은 물론 단열성능을 충분히 확보할 수 있다.
특히, 코어 층의 내부에는 진공단열재를 포함하는 중간층을 형성할 수 있는 데, 코어 층이 박스공간 안에 기밀 접착하고 진공단열재 주위를 균일하게 둘러 감싸는 구조로 형성되는바, 코어 층이 기밀 또는 액밀하게 접합하여 구조적 강성을 더욱 견고하게 유지하도록 한다.
본 발명의 단열 구조재에서, 상부 구조는 극저온 액화가스의 누출을 막을 수 있는 금속재로 덮인 기밀구조이며, 긴밀한 접합 구조에 의해서 구조적 성능이 매우 뛰어나다. 이와 같이 긴밀한 접합 구조에 의해서, 구조적 성능이 뛰어나게 됨은 물론, 비발포성 폴리머 중 비발포성 폴리우레탄을 사용할 경우, 코어 층이 약 900㎏/㎥의 밀도를 가지며, 200㎫보다 큰 탄성계수와, 기밀 접합구조로 진공단열재의 주위를 감싸 보호하므로, 진공단열재에서 가스출입이 발생하지 않게 되어, 장기간 사용시에도 단열 성능 저하 없이 단열 성능을 그대로 유지할 수 있다.
더 나아가, 비금속 층(중간 연결부)의 내부에 단열재를 더 내장하여 열교 현상을 더욱 효과적으로 차단할 수도 있다.
특히, 본 발명의 코어 층의 재질인 비발포성 폴리머는 그 내부에 기포가 있는 종래 발포성 폴리우레탄과 대비하여, 공기 투과도가 거의 없고, 접착력 및 인장강도 등이 크게 증가하기(10~100배) 때문에 상부 및 하부 금속판 및 중간층(예컨대, 진공단열재)과의 결합력과 강도가 매우 향상된다. 상기 중간층이 진공단열재인 경우는, 기밀성이 유지되어서 진공단열재의 진공도를 반영구적으로 유지한 효과를 가진다.
3) 저장탱크의 구조적인 움직임이나 하중이 매우 클 경우, 본 발명의 단열 구조재의 커넥터의 연결 구조에 의해서, 극저온 탱크용 단열 구조재에 걸리는 스트레스가 분산됨은 물론 구조적 성능이 월등히 향상될 수 있다.
즉, 커넥터의 연결구조에 의해서, 극저온 탱크용 단열 구조재에 걸리는 하중이 분산됨은 물론, 하중에 대하여 금속박스 및 코어 층과 중간층 모두가 동일하게 거동하므로, 구조적 성능이 월등히 향상되고 박리현상도 효과적으로 방지할 수 있으며, 국부 좌굴 현상 측면에서도 구조적인 성능을 월등히 향상시킬 수 있다. 통상적으로 발포성 폴리머는 내부의 기포 등으로 인해서 수 ㎪의 접합 강도를 가지는 데 비해서, 비발포성 폴리머의 접합강도는 수 ㎫까지 가능하므로, 작은 면적의 커넥터로도 엄청난 박리 현상 방지 효과가 있다.
4) 본 발명의 단열 구조재에서는, 커넥터가 액상의 비발포성 폴리머 주입 전에 배치될 수 있는데, 코어 층의 액상의 비발포성 폴리머가 경화되면서 커넥터의 표면 전체에 걸쳐서 접합하므로, 커넥터가 자연스럽게 코어 층과 기밀하게 접합하게 되고, 쇄기 형상 등을 가질 수 있으며, 평면상 보이는 면적의 최소 2~3배 이상 접합 면적이 증가하여 코어 층을 구조적으로 견고하게 잡아주는 구조가 형성되고, 내구성과 결합성이 월등히 향상될 수 있다.
5) 본 발명의 단열 구조재가 적용된 LPG 운반선 화물창은, 독립 탱크 삽입 방식이 아니라 선체에 직접 시공하는 방식이기 때문에, 기존의 독립 탱크와 선체 사이에 발생하는 엄청난 사각공간을 없앨 수 있어 공간 효율이 대폭 증가한다.
본 실시 예에서는, 사각공간이 없어지고 기존의 발포성 폴리머 시공 두께(약, 120mm)와 단열 보호재의 시공두께가 얇아지면서 엄청난 추가 탱크 공간 확보가 가능하다.
기존의 선형을 유지하는 경우는 화물창 용적이 약 20~25% 증가하거나, 기존의 화물창 크기(DWT 84K)를 유지하는 경우는 선체의 전체 사이즈(폭, 길이, 높이 등)가 대폭 감소하기 때문에 약 5~10% 정도의 선박의 경량화 및 선형 계수 감소로 인해서 10~20% 이상의 연료 소비량 감소 효과도 기대할 수 있다.
6) 본 발명의 단열 구조재가 적용된 LNG 또는 LPG 운반선 화물창 제작시 화재 위험을 근본적으로 해결할 수 있다.
비발포성 폴리머 재질은 발포성 폴리머 재질에 비해서 월등히 내화 및 방화 성능이 우수하며, 특히 폴리머 자체가 박스공간(상, 하부 판과 연결부에 의해 형성된 내부 공간)안에 밀봉되기 때문에 직접적인 화기와의 노출이 원천 차단된다.
7) 본 발명의 단열 구조재는 내화 성능 또한 매우 우수하다. 즉, 별도의 내화용 도료나 단열재가 없이도 상당한 자체 내화 성능을 가지게 된다.
밀폐된 상하 부의 금속판 내에 주입된 비발포성 폴리머는 기밀한 구조로 인해서 고온에 장시간 노출되어도 표면에 국부적인 탄화 현상이 발생하는 정도이다. 하지만, 비발포성 폴리머의 열전도율이 높아서, 별도의 내화용 도료나 단열재 없이, 반대편 온도를 통상적인 내화 성능 기준인 약 110~180℃가량으로 유지하는 것이 어렵다.
본 발명에 따르면, 진공단열재의 피복이 고온에 의해 변형 또는 파손되더라도 비발포성 폴리머의 코어 층이 기밀하게 진공단열재를 보호하고 있으므로, 진공단열재의 단열 성능이 유지된다.
따라서, 반대편 온도도 상당 시간 내화 성능 기준치 내로 만족하게 되므로, 별도의 내화용 도료나 단열재 없이도 상당한 자체 내화 성능을 가지게 된다.
8) 본 발명의 단열 구조재는 진동, 소음 저감 측면에서도 매우 유용하다. 코어 층이 금속이나 콘크리트보다 유연한 물질로 구성되어 있기 때문에 상당한 댐핑 효과를 가지게 된다.
또한, 진공단열재 내부의 진공 구조는 진동 및 소음 저감 측면에서도 월등하다.
상기 7) 및 8)은 선박의 거주구역이나 건축물의 벽체 및 바닥재로 사용될 경우, 시공성, 공간 활용 및 거주성 증진 측면에서 월등히 우수한 효과를 갖는다.
9) 본 발명의 단열 구조재가 적용된 LNG 또는 LPG 운반선 화물창 구조의 단순화로 막대한 제작 시수 및 재료비 감소가 가능하다.
기존의 독립 탱크 삽입 방식의 경우는, 독립 탱크 자체도 상당한 구조 시공이 요구되고 독립 탱크를 지탱하는 선체도 막대한 구조 시공이 요구되나, 본 발명의 경우는 하나의 선체구조를 사용하기 때문에, 즉 사이드 셀(외판, side shell)에 인너 헐(inner hull)을 설치하는 대신에 단열 구조재를 직접 사이드 셀 등에 시공하는 단순 구조로 인해서 막대한 제작비 감소 효과가 있다.
10) 본 발명의 단열 구조재가 적용된 LPG 운반선 화물창 제작시, 특수 저온 철판 사용량이 감소하여 제작비용이 대폭 절감된다.
LPG 탱크 온도는 통상 영하 50℃~55℃ 정도로 유지되므로, 일반 철판보다 가격이 높은 특수 저온강을 사용하여 독립 탱크 전체를 제작해야 한다.
본 발명의 경우는, 액화가스와 접촉하는 상부 판은 특수 저온 강을 사용하여야 하지만, 액화가스와 접촉하지 않는 하부 판은 일반 철판을 사용할 수 있는 구조이기 때문에 고가의 특수 저온강의 사용량이 약 반으로 감소하고, 두께에 있어 종래 독립 탱크 구조 두께가 12T일 경우, 본 발명의 경우는, 특수 저온용 철판 6T 및 일반 철판 6T만 소요되므로, 제작비용이 대폭 절감된다.
11) LNG 또는 LPG 운반선 화물창의 전체 제작 기간이 단축된다.
종래 독립 탱크 삽입 방식의 경우는, 많은 인원을 투입하여 여러 까다로운 공정들을 거쳐야 하고, 운송 및 탑재 측면에서도 어려운 작업이 많기 때문에 많은 시간이 소요된다. 하지만, 본 발명은 시공 방법을 혁신적으로 개선하기 때문에 전체 제작 기간이 크게 단축될 수 있다.
12) 극저온 액화가스와 직접 접촉하는 금속재의 상부 판과 코어 층 사이에 진공단열재를 기본으로 설치하고, 그 진공단열재에 진공단열재 표면 보호재, 보강 단열재, 슬립재 등을 추가로 배치하여서, 극저온을 차단하여 단열 구조재 내부 온도를 코어 층의 허용온도(약 -30℃∼-70℃) 내지는 그 이상으로 유지함으로써, 극저온 취성 파괴 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.
13) 극저온 액화가스와 직접 접촉하는 금속재질의 상부 판과 비발포성 폴리머 재질의 코어 층 사이에 중간층을 설치하되, 그 중간층은 진공단열재를 기본으로 하고, 그 위에 슬립재 등을 추가로 배치하여, 상부 판과 중간층 사이에 슬립(slip) 현상을 유도함으로써, 상부 판과 코어 층의 열 팽창 계수 차이 때문에 발생하는 써멀 스트레스를 대폭 줄이거나 써멀 스트레스가 단열 구조재 내부로 전달되는 것을 효과적으로 차단하여 열 변형 및 용접부위 파손을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1은 복합 라미네이트 구조재의 열교 현상을 설명하기 위한 도면
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 단열 구조재를 도시한 사시도
도 3은 도 2의 종단면도
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 단열 구조재를 도시한 종단면도
도 5 내지 도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 단열 구조재에서, 중간층의 설치를 도시한 종단면도
도 8 내지 도 10은 중간층이 진공단열재를 기본 구성으로 하고, 진공단열재 위에 진공단열재 표면 보호재, 슬립재, 보강 단열재를 추가로 설치하는 도면
도 11은 상부 판과 하부 판 사이에 커넥터가 설치되는 도면
도 12는 코어 층의 내부에 경량 형상체가 설치되는 도면
도 13은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 단열 구조재를 도시한 사시도
도 14는 도 13의 단열 구조재를 도시한 종단면도
도 15 내지 도 26은 충진 단차형 구조의 연결부를 갖는 단열 구조재 구성을 설명하기 위한 도면
도 27 및 도 28은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 단열 구조재를 도시한 종단면도
도 29 및 도 30은 본 발명의 제5 실시 예에 따른 단열 구조재를 도시한 종단면도
도 31은 본 발명의 제6 실시 예에 따른 단열 구조재를 도시한 사시도
도 32는 본 발명의 제6 실시 예에 따른 단열 구조재를 도시한 종단면도
도 33은 본 발명의 제7 실시 예에 따른 단열 구조재를 도시한 종단면도
도 34는 본 발명의 제8 실시 예에 따른 단열 구조재를 도시한 종단면도
도 35는 본 발명의 제9 실시 예에 따른 단열 구조재를 도시한 종단면도
도 36은 본 발명의 제10 실시 예에 따른 단열 구조재를 도시한 종단면도
도 37은 본 발명의 제11 실시 예에 따른 단열 구조재를 도시한 종단면도
도 38은 도 37도에서 인접하는 단열 구조재를 서로 연결 설치한 종단면도
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 단열 구조재에 대하여 상세하게 설명한다.
첨부 도면을 참조하면, 본 발명의 단열 구조재는 하부 판(10); 상기 하부 판(10)과 일정간격을 유지하여 상기 하부 판(10)의 상방에 배치되는 상부 판(20); 상기 하부 판(10)과 상기 상부 판(20) 사이에 배치되는 단열재를 포함하는 중간층(50); 상기 하부 판(10)과 상기 상부 판(20)의 끝단 부에 마련되며, 금속 층과 비금속 층의 혼합체로 구성된 연결부; 및, 상기 하부 판(10), 상기 상부 판(20), 상기 중간층(50), 상기 연결부가 이루는 박스공간 안에 액상으로 주입 경화되는 코어 층(40); 을 포함한다.
본 실시 예의 비발포성 폴리머는 비발포성 폴리우레탄을 포함한다.
연결부는 테두리 역할을 하는 것으로, 열교 현상을 방지하고 구조적 체결을 위하여 각 단열 구조재에 연결되는 부재 또는 단열 구조재 간의 구조적 체결을 견고하게 하는 역할을 할 수 있다.
연결부는 상 하부 판(20,10)과 별도로 구성될 수도 있지만, 일체로 형성되거나 그 일부로 구성 될 수도 있다.
연결부의 폭은 20mm 이상 300mm 이하로 할 수 있으며, 단열재의 열전도율은 고성능 단열재 열전도율은 0.01 W/m·K 이하로 설정할 수 있다.
코어 층(40)은 상, 하 판(20,10) 사이에서 전단력을 전달하는 작용을 한다.
코어 층(40)은 상, 하 판(20,10)에 충분한 강도로 접합하며, 이용시 예측되는 전단력에 대해 충분한 기계적 특성이 있는 재질, 예를 들어, 비발포성 폴리머를 포함한다.
비발포성 폴리머는 폴리우레탄(polyurethane), 에폭시 수지, 페놀 수지, 불포화 폴리에스터, 비닐에스터, 천연고무 및 합성 고무 등이 있으며, 바람직하게는 폴리우레탄 소재를 사용할 수 있다.
코어 층(40)과 상, 하부 판(20,10) 간의 접합 강도는 3㎫보다 커야하며, 바람직하게는 6㎫보다 크게 하는 것이 좋다.
전형적인 사용 및 점유 하중(occupancy load)이 1.4㎪ 내지 7.2㎪의 오더로 이루어지는 플로어 패널(floor panel)과 같은 낮은 하중(low load)을 적용하는 경우에는, 접합 강도가 예를 들어 약 0.5㎫로 더 낮을 수도 있다.
코어 층(40)의 밀도는 900㎏/㎥ 이상으로 하고, 바람직하게는 900∼1900㎏/㎥ 이상으로 하는 것이 좋다.
코어 층의 탄성계수는 200㎫ 이상으로 할 수 있으며, 바람직하게는 300㎫ 이상으로 하는 것이 좋다.
본 발명의 단열 구조재는 상기 하부 판 1개 위에 상기 상부 판 1개가 배치되어 서로 인접하는 단열 구조재가 연결되는 패널 타입(panel type)(도 2 내지 도 32 참조)과, 상기 하부 판 1개 위에 상기 상부 판 여러 개가 배치되어 격자구조로 구성되는 오버레이 타입(overlay type)(도 33, 도 34 참조) 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
패널 타입(panel type)은 단열 구조재를 일정크기의 단위(unit) 혹은 모듈(modul)로 구성하고, 시공 현장에서 조립 시공하는 방식에 적용할 수 있는 반면에, 오버레이 타입(overlay type)은 시공 현장에서 직접 제작 시공하는 방식에 적용할 수 있다.
본 발명은 패널 타입(panel type)과 오버레이 타입(overlay type)은 물론 이들을 혼합하는 혼용 타입도 가능하다.
본 발명의 패널 타입에서, 단열 구조재는 연결부의 형태에 따라 다음과 같이 구분할 수 있다.
① 블록 적층형 구조의 연결부를 적용한 단열 구조재(100)(도 2 및 도 3 참조), ② 충진 적층형 구조의 연결부를 적용한 단열 구조재(200)(도 4 참조), ③ 블록 단차형 구조의 연결부를 적용한 단열 구조재(300)(도 13 내지 도 26 참조), ④ 충진 단차형 구조의 연결부를 적용한 단열 구조재(400)(도 27 및 도 28 참조), ⑤ 충진 마감형 구조의 연결부를 적용한 단열 구조재(500)(도 29 및 도 30 참조), ⑥ 볼트 체결형 구조의 연결부를 적용한 단열 구조재(600)(도 31 및 도 32 참조)를 포함한다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 블록 적층형 구조의 연결부를 적용한 단열 구조재(100)(제1 실시 예)에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 단열 구조재(100)를 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 종단면도이다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 단열 구조재(100)는 금속재질의 하부 판(10); 하부 판(10)의 상방에 배치되며, 하부 판(10)과 일정간격을 유지하고 하부 판(10)과의 사이에 공간(S)을 형성하는 금속재질의 상부 판(20); 하부 판(10)과 상부 판(20)의 끝단 부에 마련되는 연결부(130); 및, 하부 판(10), 상부 판(20), 연결부(130)가 이루는 박스공간 안에 액상으로 주입 경화되어 충진되는 코어 층(40); 을 포함한다.
공간(S) 안에는 비금속 층, 예를 들어 비발포성 폴리머 또는 폴리우레탄 재질의 코어 층(40)이 채워지므로 단열 구조재 제조 이후에 공간(S)은 없어진다.
코어 층(40)을 구성하는 비발포성 폴리머는 액상으로 주입한 후 경화되는 과정에서, 통상 부피가 약간 증가하려는 특성이 있기 때문에, 주입 과정에서 상부 판(20)에 하중을 가하여 눌러주는 과정이 수반된다. 이러한 비발포성 폴리머의 특성으로 인해서, 본 발명에서는 코어 층(40)이 채워지는 내부의 공간(S)이 빈틈없이 매우 기밀하게 채워지는 장점이 있다.
하부 판(10)과 상부 판(20)은 편평한 구조로 형성될 수 있고, 금속재질, 예를 들어 서스(SUS), 인바(Invar) 등, 또는 금속을 포함한 복합 소재로 제조될 수 있다. 금속을 포함한 복합 소재의 예로는 LNG 화물창에 사용되는 트리플렉스(Triplex) 재질이 있는데, 이는 얇은 알루미늄판의 주위를 glass cloth 및 resin으로 둘러싼 구조로서, 극저온에서의 거동이 우수한 복합소재이다.
참고로, 서스(SUS)는 Steel, Use, Stainless의 머리글로 일본 규격인 JIS에서 스테인리스강의 규격을 나타낼 때 사용하는 것이다.
액화가스와 직업 접하는 상부 판(220)의 상면에는 다수의 주름 부(corrugation)(미도시)가 형성될 수도 있다.
본 실시 예에서, 연결부는 단열 구조재(100)를 서브 구조물(1: 도 19)에 고정하거나 인접하는 단열 구조재(100)를 서로 연결하는 역할 등을 할 수 있다.
또한, 연결부(130)는 금속 층과 비금속 층의 혼합체를 포함하여 구성될 수 있다.
참고로, 서브 구조물(1)이란 선박의 화물창이거나 독립형 탱크 본체의 일부이거나 건축 구조물 등의 베이스 프레임이나 플레이트를 포함한다. 아울러, 서브 구조물(1)의 형태나 구성은 본 발명의 일 예를 설명하기 위한 것이고, 이에 국한되는 것은 아니다.
연결부(130)의 형상은 본 실시 예의 도면에 국한되지 않으며, 다각형이나 원형의 바(bar) 혹은 스틱 형태, 또는 사각 프레임이나 테두리 부재 등을 포함하며, 코어 층(40)을 형성하기 위해 액상의 비발포성 폴리머 주입 및 경화 시, 액상의 비발포성 폴리머의 흘러내림을 방지하는 기능을 갖는다.
도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 연결부(130)는 금속재질의 하부 연결부(131), 금속재질의 상부 연결부(132) 및 하부 연결부(131)와 상부 연결부(132) 사이에 동일 형상으로 개재되어 접합(접착)하는 중간 연결부인 비금속 층(133), 예를 들어 비발포성 폴리머로 구성될 수 있다. 이와 같이 연결부(130)는 금속 층과 비금속 층의 혼합체로 구성될 수 있다.
연결부(130)의 제조에 있어, 하부 연결부(131), 상부 연결부(132) 및 비발포성 폴리머(133)는 별도의 제조공정(미도시)을 거쳐서 서로 접합(또는 접착)되어 일체로 구성될 수도 있다.
예를 들어, 하부 연결부(131), 상부 연결부(132) 및 비발포성 폴리머(중간 연결부)(133)를 접합(또는 접착)하는 방식은, 하부 연결부(131)와 상부 연결부(132)를 각각 블록형태로 제조한 후에 그 사이에 비발포성 폴리머(133)를 충진 경화시켜서 연결부(130) 전체를 일체로 형성하는 방법을 사용할 수도 있다.
또한, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 연결부(130)는 금속재질의 하부 연결부(131), 금속재질의 상부 연결부(132) 및 하부 연결부(131)와 상부 연결부(132) 사이에 "T"자 형상으로 개재되어 접합(또는 접착)하는 중간 연결부인 비금속 층(133), 예를 들어 비발포성 폴리머로 구성될 수 있다.
도 4는 충진 적층형 구조의 연결부를 적용한 단열 구조재(200)를 도시한 종단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 단열 구조재(200)는 연결부를 제외한 나머지 구성이 본 발명의 제1 실시 예에 따른 단열 구조재(100)와 동일하므로, 이하에서 연결부(230)에 대해서만 설명한다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 단열 구조재(200)에서, 연결부(230)는 하부 연결부(231)와 상부 연결부(232) 사이에 중간 연결부인 비금속 층(233), 예를 들어 비발포성 폴리머를 형성한다. 이와 같이 연결부(230)는 금속 층과 비금속 층의 혼합체로 구성될 수 있다.
즉, 제1실시 예와 같이 비발포성 폴리머를 블록형태로 제조하는 것이 아니라, 하부 판(10)과 상부 판(20) 각각에 하부 연결부(231)와 상부 연결부(232)가 설치된 상태에서, 비발포성 폴리머 재질의 코어 층(40)을 제조하기 위하여 액상의 비발포성 폴리머를 주입 및 경화하는 과정에서, 코어 층(40)과 함께 하부 연결부(231)와 상부 연결부(232) 사이에 비금속 층(233)을 형성함으로써, 열교 현상을 최소화하고 단열성능과 구조재 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
한편, 도 5 내지 도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 단열 구조재(100)에서, 중간층의 설치를 도시한 종단면도이다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 단열 구조재(100)에서, 하부 판(10)과 상부 판(20) 사이에 공간(S)이 형성되는데, 공간(S)에는 중간층(50)을 더 포함하되, 중간층(50)은 상부 판(20)의 하측에 설치되거나(도 5 참조), 코어 층(40) 안에 설치되거나(도 6 참조), 하부 판(10)의 상측에 설치되는 구성(도 7 참조)중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 도 6에서 S1 및 S2는 스페이서(spacer) 혹은 지지부재(support membrane)로서, 일정한 간격을 유지하거나 중간층(50)을 지지하는 부재를 의미한다.
중간층(50)은 진공단열재로만 구성될 수 있는데, 이 경우 진공단열재의 두께는 예를 들어, 약 5∼25㎜로 구성할 수 있으며, 코어 층(40)과 상부 판(20) 사이에 설치되어, 극저온을 차단하여 코어 층(비발포성 폴리머 재질)(40)의 허용온도(-30℃∼-70℃) 이상으로 유지하여, 즉 비발포성 폴리머 사용온도 범위 내로 유지하여 극저온 취성 파괴 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.
본 실시 예에서는, 진공단열재뿐만 아니라, 진공단열재 대신에 에어로젤 단열재, 또는 슬림(slim)의 유기 및 무기 단열재 중 적어도 어느 하나를 포함하며, 기존에 사용하기 어려운 비정형 타입 단열재(기체, 액체, 젤 타입의 단열재)도 포함할 수 있다.
진공단열재의 열전도율(W/m·K, 20℃ 기준)은 0.0045 내외 또는 그 이하로 한다. 에어로젤 단열재는 Aspen aerogels, Thermablock 등을 포함하며, 열전도율(W/m·K, 20℃ 기준)은 0.015 내외 또는 그 이하로 한다.
진공단열재의 구조는 심재, 및 그 심재를 진공 포장하는 외피 재를 포함하고, 심재 및 외피 재 사이에 금속 박을 포함하되, 금속 박은 알루미늄 포일(foil)을 포함한다. 진공단열재의 구조는 이미 개시된 공지공용의 기술에 해당하므로, 이에 대한 구체적 설명은 생략한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 중간층(50)은 진공단열재를 포함하며, 중간층(50)이 상부 판(20)의 하측에 설치되는 경우, 중간층(50)은 상부 판(20)과 슬립 가능하게 설치될 수 있다.
코어 층(40)은 진공단열재를 외부충격으로부터 보호하고, 구조적 강성을 유지하기 위하여 공간(S) 안으로 액상의 비발포성 폴리머가 주입 경화되어 공간의 내부 면에 기밀하게 접착된다.
또, 도 8 내지 도 10을 참조하면, 중간층(50)은 진공단열재(51)를 기본 구성으로 하고, 진공단열재(51) 위에 진공단열재 표면 보호재(52), 슬립재(53), 보강 단열재(54) 중 적어도 어느 하나 이상의 조합으로 이루어질 수 있다.
진공단열재의 밀도는 약 150~300㎏/㎥로 다른 발포성 단열재보다 밀도가 높으며, 압축 하중에 상당히 강한 특성이 있다. 하지만, 피복에 스크래치가 발생하여 미세한 구멍이 생기거나 찢어지면, 단열 성능이 현저히 떨어지는 단점이 있다.
본 실시 예에서는, 진공단열재의 이러한 단점을 고려하여 상부 판(20)과 하부 판(10)이 금속판으로 구성되는 경우, 금속판인 상부 판(20)의 표면에 먼지나 이물질에 의해 뾰족한 돌기(미도시)가 있을 수 있으며, 이 경우, 진공단열재(51)의 피복이 제작과정에서 그 뾰족한 돌기에 의해 손상될 수 있으므로, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 진공단열재(51) 위에 진공단열재 표면 보호재(52)가 설치되는 것이다. 진공단열재 표면 보호재(52)는 필름 형태로 진공단열재(51) 상면 피복을 보호하는 역할을 할 수 있다.
진공단열재는 코어 층(40)과 상부 판(20) 사이에 설치되어 단열성능을 가지며, 진공단열재 표면 보호재(52)는 진공단열재와 상부 판(20) 사이에 설치되어 진공단열재의 피복 손상을 방지하며, 슬립 재(53)는 상부 판(20)과의 슬립을 가능하게 할 수 있다.
슬립 재(53)는 중간층(50)의 더 원활한 슬립을 유도하는 역할을 할 수 있으며, 종이 재질의 골판지 형태이거나 합성수지 시트 등으로 구성될 수 있다.
슬립 재(53)는 표면이 매끄럽게 형성되는 것이 바람직하다. 표면이 매끄러울수록 극저온에서 슬립현상을 좀 더 원활히 유도하여, 극저온과 직접 접촉하는 금속재의 상부 판(20)과 코어 층(40) 간의 열 팽창 계수가 상이하여 발생하는 써멀 스트레스(thermal stress) 및 코어 층(40)의 극저온 취성 파괴 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.
금속재질인 상부 판(20)과 폴리우레탄 재질인 코어 층(40)은 열팽창 계수가 상이한바, 상이한 열팽창 계수로 인하여 써멀 스트레스(thermal stress, 열 응력)가 발생할 수 있다.
참고로, 써멀 스트레스란 온도변화에 의해 고체 내부에 생기는 응력을 말한다. 폴리우레탄 재질인 코어 층(40)의 열팽창 계수는 금속재질의 상부 판(20)에 비해서 약 4∼10배 큰 것으로 알려져 있는데, 이러한 열팽창 계수 차이에 의해서 써멀 스트레스가 발생하여 구조재 성능을 현저히 떨어뜨리는 문제가 있다.
이러한 문제점을 고려하여 본 실시 예에서는, 슬립 가능한 중간층(50)을 추가하는 간단한 구조변경을 통해서 열팽창 계수 차이에 의해 발생할 수 있는 써멀 스트레스를 대폭 감소하고, 극저온 취성 파괴 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.
중간층(50)의 상면은 상부 판(20)의 하면과 슬립 가능하게 접하고, 중간층(50)의 하면은 코어 층(40)과 접합하도록 구성될 수 있다.
하부 판(10), 상부 판(20)과 연결부(130)에 의해서 형성된 박스공간 안에 코어 층(40)이 완전 밀착하여 접합하며, 코어 층(40)이 기밀 접합하여 진공단열재 표면 전체를 감싸 보호하도록 구성하여 코어 층(40)의 압축 하중이 효과적으로 분산되도록 할 수 있으며, 코어 층(40)이 밀착되어 구조재로서의 기능을 충분히 발휘할 수 있다.
하부 판(10), 상부 판(20), 연결부(130), 코어 층(비발포성 폴리머 재질)(40), 중간층(50) 간의 결합구조를 살펴보면, 코어 층(40)은 하부 판(10)과 연결부(130)와 중간층(50)이 이루는 박스공간 내면에 기밀 내지는 액밀하도록 밀착 접합 또는 접착할 수 있다.
코어 층(40)은 경화과정에서 박스공간 내면에 기밀 내지는 액밀하도록 밀착하여 접합(또는 접착)할 수 있기 때문에, 별도의 접착제를 사용하지 않더라도 견고하게 결합할 수 있는 것이다.
연결부(130)의 하부 연결부(131)과 상부 연결부(132)는 각각 하부 판(10)과 상부 판(20)에 용접 또는 볼트 체결 방식 등으로 고정할 수 있다.
중간층(50)과 상부 판(20)은 접착제를 사용하지 않으며, 슬립 가능하게 접촉된 상태를 유지할 수 있다.
써멀 스트레스를 대폭 감소하고 그의 전달을 막기 위해서 상부 판(20)과 상부 판 아래 구조물 사이의 슬립 작용이 중요하며, 이러한 슬립 작용을 좀 더 원활히 유도하기 위하여 슬립재(53)가 설치되는 것이다.
또한, 도면에 도시하지는 않았으나, 단열설계 기준치를 만족하기 위해서, 한 장의 진공단열재로 단열성능이 부족할 경우, 추가로 다른 보강 단열재들을 진공단열재와 함께 배치하여 설계기준을 만족할 수도 있다.
또한, 도면에 도시하지는 않았으나, 상당한 외부 충격이 있는 경우, 진공단열재에 전달되는 충격 에너지를 흡수하기 위한 충격 완화재(미도시)가 더 배치될 수도 있다.
도 11은 상부 판과 하부 판 사이에 커넥터가 설치되는 도면이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 상부 판(20)과 하부 판(10) 사이에 커넥터(70)가 설치될 수 있다.
커넥터(70)의 연결구조에 의해서, 예를 들어 상부 판(20)과 코어 층(40)이 3MPa 이상의 강한 힘으로 연결됨으로써, 단열 구조재(100)에 걸리는 하중이 균일하게 분산됨은 물론, 하중에 대하여 상, 하부 판(20,10) 및 코어 층(40) 등 모두가 동일방향으로 거동하므로, 박리현상도 효과적으로 방지될 수 있고 구조적 성능이 월등히 향상될 수 있다.
도 11의 (a)에 도시된 바와 같이, 커넥터(70)의 상단은 상부 판(20)에 고정되고, 커넥터(70)의 하단은 코어 층(40)에 고정될 수 있다.
즉, 커넥터(70)의 웨브(web)(71)는 중간층(50)의 유격(관통 홀)을 관통하여 위치하며, 커넥터(70)의 플랜지(flange)(72)는 코어 층(40) 안에 고정될 수 있다.
도 11의 (b)에 도시된 바와 같이, 커넥터(70)는 양단부가 코어 층(40)에 고정될 수 있다. 즉, 커넥터(70)의 웨브(web)(71)는 중간층(50)의 유격(관통 홀)을 관통하여 위치하며, 커넥터(70)의 양쪽 플랜지(flange)(72)는 코어 층(40) 안에 고정될 수 있다.
커넥터의 설치 위치와 형상은, 본 실시 예에 국한되지 않으며, 다양하게 변경할 수 있다.
또한, 커넥터(70)를 통해서 열전달이 이루어지지 않도록 커넥터(70)는 열전도율이 낮은 재질로 하는 것이 바람직하며, 커넥터(70)의 표면에 단열재가 코팅되는 것이 바람직하다.
도 12는 코어 층의 내부에 경량 형상체가 설치되는 도면이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 코어 층(40)의 내부에 경량 형상체(80)가 구비될 수 있다. 경량 형상체(80)는 탁구공(구체)과 같은 버블 코어(bubble core)일 수 있다.
경량 형상체(80)는 서로 인접하여 배치되거나 혹은 일정 간격을 두고 배치될 수 있다. 경량 형상체(80)의 재질은 코어 층(40)과의 긴밀한 접합을 위해서 비발포성 폴리머 재질이거나 친화성(서로 결합이나 접합이 잘되는 성질) 있는 재질로 하는 것이 바람직하지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
코어 층(40)의 내부에 경량 형상체(80)가 형성됨으로써, 그만큼 전체 중량의 감소가 가능하여, 단열 구조재의 경량화가 가능하며, 경량 형상체(80)가 공간 안에서 조밀하게 배치됨으로써, 구조재 강성과 단열 성능을 더욱 높일 수 있다.
한편, 도 13은 블록 단차형 구조의 연결부를 적용한 단열 구조재(300)를 도시한 사시도이고, 도 14는 도 13의 단열 구조재(300)를 도시한 종단면도이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 단열 구조재(300)는 금속재질의 하부 판(10); 하부 판(10)의 상방에 배치되며, 하부 판(10)과 일정간격을 유지하고 하부 판(10)과의 사이에 공간(S)을 형성하는 금속재질의 상부 판(20); 열교 현상을 방지하고 구조적 체결을 위하여 하부 판(10)과 상부 판(20)의 끝단 부에 마련되며, 금속 층과 비금속 층의 혼합체로 구성된 연결부(330); 및, 하부 판(10), 상부 판(20), 연결부(330)가 이루는 공간에 액상으로 주입 경화되는 비발포성 폴리머로 채워지는 코어 층(40)을 포함한다.
본 실시 예에서, 연결부(330)는 하부 판(10)에 고정되는 금속재질의 하부 연결부(331)와, 상부 판(20)에 고정되고 하부 연결부(331)와 단 차지게 배치되는 금속재질의 상부 연결부(332)를 구비하되, 하부 연결부(331)와 상부 연결부(332) 사이에 중간 연결부인 비금속 층(333), 예를 들어 비발포성 폴리머를 충진하여 개재하는 충진 단차 및 블록 연결형 구조로 구성될 수 있다. 이와 같이 연결부(330)는 금속 층과 비금속 층의 혼합체로 구성될 수 있다.
비발포성 폴리머(333)는 비발포성 폴리머 재질의 코어 층(40)의 경화과정에서 코어 층(40)과 일체로 형성될 수 있다.
마감 부재(340)는, 상부에 금속판(341)이 형성되고 금속판(341)의 하면에 비발포성 폴리머 블록(342)이 형성될 수 있는데, 금속판(341)은 상부 연결부(332)에 용접되거나 볼트 등의 체결방식으로 결합하거나 고정할 수 있다.
본 실시 예에서 결합방식 또는 고정방식은 용접이나 볼트 체결방식에 국한되지 않으며, 설계 조건이나 시공방법에 따라 다른 결합방식을 채택할 수 있다.
도 15 내지 도 26은 블록 단차형 구조의 연결부를 갖는 단열 구조재(300) 구성을 설명하기 위한 도면으로, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 단열 구조재(300)는 금속재질의 하부 판(10)의 상방 테두리 부분에 하부 연결부(331)를 용접 또는 볼트 체결방식 등으로 고정할 수 있다. 그 다음, 하부 판(10)의 상면에 다수의 스페이서(S1)를 적정하게 배치하여 올려놓고, 그 스페이서(S1) 위에 중간층(예를 들어, 진공단열재)(50)을 배치한다.
이때, 스페이서(S1)에 의해서 하부 판(10)과 진공단열재(50)는 서로 간격을 유지하여 그 사이에 공간을 형성한다. 그 다음, 진공단열재(50)의 상면에 다수의 스페이서(S2)를 올려놓고, 그 스페이서(S2) 위에 상부 판(20)을 배치한다. 상부 판(20)의 테두리 부분에는 상부 연결부(332)가 마련된다.
하부 판(10)과 상부 판(20) 사이의 공간에는 코어 층(40)을 형성하기 위하여 액상의 비발포성 폴리머를 주입 경화시키며, 하부 연결부(331)와 상부 연결부(332) 사이에도 함께 중간 연결부인 비금속 층(333), 예를 들어 비발포성 폴리머를 형성한다.
진공단열재는 외부의 포일과, 내부 충진 물질(흄드 실리카 또는 글라스 울 등)로 구성될 수 있으며, 공기/가스가 유입되지 않도록 진공을 유지하도록 구성된다. 특히, 흄드 실리카는 모래 입자와 비슷하므로 불연재로 구성되며 글라스 울 등도 내화재로 사용 가능한 재질이다.
본 발명의 단열 구조재(300)는 서브 구조물(1: 도 19 참조) 위에 설치되고 서로 근접하여 배치되는 블록 단차형 구조로 구성되며, 서로 인접하는 단열 구조재(300) 사이에 마감 부재(340,350)가 고정 설치된다.
마감 부재(340,350)는, 상부에 금속판(341)이 형성되고 금속판(341)의 하면에는 비발포성 폴리머 블록(342)이 단 차지게 형성될 수 있다. 금속판(341)은 상부 판(20)과 동일 두께를 갖도록 하여 상면이 편평하게 하는 것이 바람직하다. 도면에 도시하지 않았으나, 비발포성 폴리머 블록(342)은 블록형태가 아니라 액상의 비발포성 폴리머를 주입 경화시켜서 제작할 수도 있다. 즉, 금속판(341) 하부에 형성된 공간 안에 액상의 비발포성 폴리머를 주입 경화시키는 방식으로 시공할 수 있다.
본 실시 예에서, 마감 부재(340,350)는 단열 구조재 4개가 모이는 꼭지점 부근에 설치되는 십자형 마감 부재(340)(도 22, 23, 24 참조); 및 단열 구조재 2개가 근접하는 모서리 부근에 설치되는 일자형 마감 부재(350)(도 25 참조)로 구성될 수 있다.
본 실시 예에서, 서브 구조물(1)이란 선박의 화물창이거나 독립형 탱크 본체의 일부이거나 건축 구조물 등의 베이스 프레임이나 플레이트를 포함한다. 아울러, 서브 구조물(1)의 형태나 구성은 본 발명의 일 예를 설명하기 위한 것이고, 이에 국한되는 것은 아니다.
본 발명의 단열 구조재 조립체는 구조재 기능과 단열 기능을 동시에 수행해야 하는 분야, 예를 들어 선박의 화물창의 단열시스템이나 냉동창고, 또는 건축 구조물 등에서 다양하게 적용할 수 있다.
단열 구조재(300)의 시공방법을 좀 더 구체적으로 살펴보면, 서브 구조물(1) 위에 단열 구조재(300)가 인접하도록 배치된 후, 볼트 홀(331a) 안에 볼트(B)를 체결하여 단열 구조재(300)를 견고하게 고정한다. 이때, 하부 판(10)과 하부 판(10) 사이에는 틈새가 발생하고 그 틈새에 실란트(2)를 채운다(도 22 참조). 그리고 단열 구조재(300) 사이에 마감 부재(340, 350)를 고정 설치하도록 한다. 마감 부재의 금속판(341)은 상부 연결부(332)에 볼트 체결되거나 용접 등으로 고정설치될 수 있다.
도면에 도시하지는 않았으나, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 단열 구조재(300) 구성에도 본 발명의 제1 실시 예에 개시된 중간층, 커넥터, 경량 형상체를 포함할 수 있다.
한편, 도 27은 충진 단차형 구조의 연결부를 적용한 단열 구조재(400) 제조를 설명하기 위한 도면이고, 도 28은 충진 단차형 구조의 연결부를 적용한 단열 구조재(400)를 도시한 종단면도이다.
도 27 및 도 28을 참조하면, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 단열 구조재(400)는, 하부 판(10)의 상면 테두리 부분에 하부 연결부(431)가 형성되고, 하부 판(10)의 상면에 하부 스페이서(S1)를 설치하며, 하부 스페이서(S1)에 의해 하부 판(10)과 일정 간격을 유지하여 중간층(50)을 거치한다.
중간층(50)의 상면에 상부 스페이서(S2)를 설치하고, 상부 스페이서(S2)에 의해 중간층(50)과 일정간격을 유지하며, 상부 판(20)의 하면 테두리 부분에 상부 연결부(432)가 형성된다.
임시 차단 부재(170)를 이용하여 하부 연결부(431)와 상부 연결부(432) 틈새를 차단하고, 천공(액상의 비발포성 폴리머를 주입하기 위한 홀: 미도시)을 통해서 하부 판(10)과 상부 판(20) 사이에 형성된 상부 공간 안에 액상의 비발포성 폴리머를 주입하고 경화시켜서 코어 층(40)을 형성하도록 한다. 임시 차단 부재(170)는 액상의 폴리우레탄이 잘 묻지 않는 재질, 예를 들어 테프론 재질로 하는 것이 바람직하다.
이때, 하부 연결부(431)와 상부 연결부(432) 사이에도 중간 연결부인 비금속 층(433), 예를 들어 비발포성 폴리머를 형성하도록 한다. 이와 같이 연결부(430)는 금속 층과 비금속 층의 혼합체로 구성될 수 있다.
충진 단차형 구조의 연결부(430)를 적용한 단열 구조재(400)에서는, 액상의 비발포성 폴리머를 주입하고 경화시켜서 코어 층(40)을 형성하는 과정에서, 하부 연결부(431)와 상부 연결부(432) 사이에 비금속 층(433)을 형성하되, 코어 층(40)과 비금속 층(433)을 일체로 함께 형성하는 것이다.
이와 같이 코어 층(40)과 함께 비금속 층(433)을 함께 형성함으로써, 열교 현상을 최소화하고 단열성능과 구조재 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
단열 구조재 사이에는 마감 부재(440)가 마감될 수 있으며, 마감 부재(440)의 결합 구조에 있어서, 도 28의 (a)에 도시된 바와 같이, 마감 부재(440)의 금속판(441)은 상부 연결부(432)에 용접될 수 있다.
도 28의 (b)에 도시된 바와 같이, 마감 부재(440)의 금속판(441)은 상부 연결부(432)에 볼트(B)로 체결할 수 있다.
본 실시 예에서 결합방식 또는 고정방식은 용접이나 볼트 체결방식에 국한되지 않으며, 설계 조건이나 시공방법에 따라 이외에 다른 결합방식을 채택할 수 있다.
또한, 도 29 및 도 30은 충진 마감형 구조의 연결부를 적용한 단열 구조재(500)를 도시한 종단면도이다.
도 29 및 도 30을 참조하면, 본 발명의 제5 실시 예에 따른 단열 구조재(500)는 금속재질의 하부 판(10); 하부 판(10)의 상방에 배치되며, 하부 판(10)과 일정간격을 유지하고 하부 판(10)과의 사이에 공간(S)을 형성하는 금속재질의 상부 판(20); 열교 현상을 방지하고 구조적 체결을 위하여 하부 판(10)과 상부 판(20)의 끝단 부에 마련되며, 금속 층과 비금속 층의 혼합체로 구성된 연결부(530); 및, 하부 판(10), 상부 판(20), 연결부(530)가 이루는 공간에 액상으로 주입 경화되는 비발포성 폴리머로 채워지는 코어 층(40);을 포함한다.
연결부(530)는 상부 판(20)에 탈착 가능하게 결합하고, 상부 연결부(532)와 하부 연결부(531) 사이의 공간 안에 액상의 비발포성 폴리머를 주입 경화시켜서 중간 연결부인 비금속 층(533), 예를 들어 비발포성 폴리머를 코어 층(40)과 일체로 형성하고, 서로 인접하는 단열 구조재(500)를 서로 연결하는 충진 마감형 구조로 구성될 수 있다. 이와 같이 연결부(530)는 금속 층과 비금속 층의 혼합체로 구성될 수 있다.
다시 말해서, 코어 층(40)의 결합 홈(41)에 상부 연결부(532)의 양단부를 삽입하여 결합하고, 상부 연결부(532)와 하부 연결부(531) 사이의 공간 안에 액상의 비발포성 폴리머를 주입 경화시키는 방법으로 단열 구조재(500)를 제조할 수 있다. 하부 연결부(531) 사이에는 글라스 울과 같은 충진재(2)가 구비될 수 있다.
액상의 비발포성 폴리머를 주입 경화과정에서, 상부 연결부(532)와 하부 연결부(531) 사이의 공간 안에 기밀하게 접합하며, 코어 층(40)과 비금속 층(533)이 일체로 접합함으로써, 열교 현상을 효과적으로 방지하고 단열 성능과 구조재 성능을 더욱 높일 수 있음은 물론 시공작업을 단순화하여 생산성을 높일 수 있다.
또한, 도 31은 볼트 체결형의 단열 구조재를 도시한 사시도이고, 도 32는 볼트 체결형의 단열 구조재를 도시한 종단면도이다.
도 31 및 도 32를 참조하면, 본 발명의 제6 실시 예에 따른 단열 구조재(600)는 금속재질의 하부 판(10); 하부 판(10)의 상방에 배치되며, 하부 판(10)과 일정간격을 유지하고 하부 판(10)과의 사이에 공간(S)을 형성하는 금속재질의 상부 판(20); 열교 현상을 방지하고 구조적 체결을 위하여 하부 판(10)과 상부 판(20)의 끝단 부에 마련되며, 금속 층과 비금속 층의 혼합체로 구성된 연결부(630); 및, 하부 판(10), 상부 판(20), 연결부(630)가 이루는 공간에 액상으로 주입 경화되는 비발포성 폴리머로 채워지는 코어 층(40);을 포함한다.
본 실시 예의 연결부(630)에서, 하부 판(10)과 상부 판(20)의 테두리 부에는 하부 판(10)과 상부 판(20)을 상하로 관통하는 체결 공(H)이 다수 형성되고, 서브 구조물(1)에 시공될 수 있도록 연결부(630)가 체결 공(H) 안에 결합하도록 구성될 수 있다. 즉, 체결 공(H) 안에 볼트(631)가 삽입되고, 볼트(631)의 끝단에 너트(632)가 체결되어 단열 구조재(600)가 서브 구조물(1: 도 19 참조)에 고정되는 것이다.
한편, 본 실시 예에서, 진공단열재가 구조재로서의 기능을 충분히 수행하기 위하여, 코어 층(40)(비발포성 폴리머 재질)과 그를 둘러싸는 금속판(상 하부 판 또는 연결부) 내면과의 접합(접착)강도를 3MPa 내지 15MPa인 것을 특징으로 한다.
코어 층(40)의 접합 강도를 한정하고 있는 것은, 비발포성 폴리머 단열 구조재가 구조재로서의 역할을 수행하기 위하여 코어 층(40)을 둘러싸는 금속박스(상하부 판과 연결부가 이루는 박스)와 일체로 형성되어서 구조재로서의 역할을 수행하기 위해서이다.
상기와 같은 접합강도로 금속박스와 코어 층(40)이 접합(접착) 되어야 상당한 복합 하중을 받는 선박의 주요 부재에 쓰일 수 있는 구조재로서의 기능이 구현될 수 있다.
즉, 비발포성 폴리머의 코어 층(40)과 금속박스의 접착력에 의한 구조재의 기능을 구현하기 위하여, 비발포성 폴리머 재질의 코어 층(40)과 상 하부 판(20,10) 및 연결부가 기밀하게 접합 됨으로써, 코어 층(40)과 진공단열재(51)가 일체가 되어서 여러 복합 하중에 대하여 단일 구성체와 유사하게 대응할 수 있도록 하고 있다.
한편, 도 33 및 도 34는 하부 판 1개 위에 상부 판 여러 개가 배치되어 격자구조로 구성되는 오버레이 타입(overlay type)을 도시한 도면이다.
이하에서는 오버레이 타입의 단열 구조재를 일 예로서 설명하되, 도면에 국한되지 않으며, 전술한 바와 같이 패널타입과 같이 동일하게 적용할 수 있다.
우선, 도 33은 본 발명의 제7실시 예에 따른 단열 구조재(700)를 도시한 종단면도로서, 하부 판(10) 1개 위에 상부 판(20) 여러 개가 배치되어 다수의 격자구조로 구성하여, 액상의 비발포성 폴리머를 나누어 주입하여 시공해야 하는 경우에 사용할 수 있다.
하나의 하부 금속 판(10) 위에 여러 개의 구성부품을 적층 하는 방식으로, 금속의 하부 판(10)과 금속의 상부 판(20) 끝단 부에 금속 층(731,732)과 비금속 층(733)의 혼합체를 갖는 연결부(730)가 설치되고, 하부 판(10)과 상부 판(20) 사이에 코어 층(40)이 형성될 수 있다.
코어 층(40) 내부에는 중간층(50), 예를 들어 진공단열재를 구비할 수 있다.
하부 스페이서(S1) 및 상부 스페이서(S2)는 중간층(50)을 지지하고 하부 판(10) 및 상부 판(20)과의 간격을 일정하게 유지하는 역할을 한다.
도 34는 본 발명의 제8실시 예에 따른 단열 구조재(800)를 도시한 종단면도로서, 단열 구조재(800)는, 하부 판(10)의 상면 테두리 부분에 하부 연결부(831)가 형성되고, 하부 판(10)의 상면에 하부 스페이서(S1)를 설치하며, 하부 스페이서(S1)에 의해 하부 판(10)과 일정간격을 유지하여 중간층(50)을 거치한다.
중간층(50)의 상면에 상부 스페이서(S2)를 설치하고, 상부 스페이서(S2)에 의해 중간층(50)과 일정간격을 유지하며, 상부 판(20)의 하면 테두리 부분에 상부 연결부(832)가 형성된다.
하부 연결부(831)와 상부 연결부(832) 틈새를 차단하고, 천공(액상의 비발포성 폴리머를 주입하기 위한 홀: 미도시)을 통해서 하부 판(10)과 상부 판(20) 사이에 형성된 공간 안에 액상의 비발포성 폴리머를 주입하고 경화시켜서 코어 층(40)을 형성하도록 한다. 이때, 하부 연결부(831)와 상부 연결부(832) 사이에도 중간 연결부인 비금속 층(833), 예를 들어 비발포성 폴리머를 형성하도록 한다. 이와 같이 연결부(830)는 금속 층과 비금속 층의 혼합체로 구성될 수 있다.
액상의 비발포성 폴리머를 주입하고 경화시켜서 코어 층(40)을 형성하는 과정에서, 하부 연결부(831)와 상부 연결부(832) 사이에 중간 연결부인 비금속 층, 예를 들어 비발포성 폴리머(833)를 형성하되, 코어 층(40)과 비금속 층(833)을 일체로 형성함으로써, 열교 현상을 최소화하고 단열성능과 구조재 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
단열 구조재 사이에는 마감 부재(840)가 마감될 수 있으며, 마감 부재(840)의 금속판(441)은 상부 연결부(432)에 볼트(B)로 체결할 수 있다.
또한, 도 35는 본 발명의 제9 실시 예에 따른 단열 구조재를 도시한 종단면도이다.
도 35에 도시된 바와 같이, 선박의 안전성을 승인하는 선급기관에 따라, 액화가스와 접하는 판, 예를 들어 상부 판(20)에 균열이 생겨서 가스가 점선 화살표와 같이 흐르게 되는 경우, 가스 누출을 확인할 수 있도록 검출장치(미도시)의 설치가 필요할 수 있는바, 기존 LPG 및 LNG 멤브레인 방식은 단열박스 사이의 틈 사이에 배관을 연결하여 불활성 가스(예: N 2)를 순환시키고, 검출장치의 가스 회수 부에서 불활성 가스의 농도를 검출함으로써, 가스 누출 여부를 확인한다.
그에 비해서, 본 실시 예에서는 상부 판(20)에 균열이 생겨서 가스가 화살표와 같이 흐르게 되는 경우, 코어 층(40)이 구조상 내부에 빈틈이 없으므로 중간 연결부인 비금속 층(833) 안에 불활성 가스 순환배관(840)을 삽입하고, 그 불활성 가스 순환배관(840)에는 가스튜브(850)를 연결하되, 가스튜브(850)를 균열이 생길 수 있는 구역까지 연장하도록 구성할 수 있다.
누출가스가 가스튜브(850) 안으로 유입하도록 중간층(50)과 상부 연결부(832) 사이에 배치할 수 있다. 불활성 가스 순환배관(840)을 통해서 불활성 가스를 순환시키고 검출장치의 가스 회수 부에서 불활성 가스의 농도를 확인함으로써, 가스 누출 여부를 용이하게 확인할 수 있는 장점이 있다.
더 나아가, 가스튜브(850) 끝단에는 메쉬(mesh)나 필터(860)를 구성하여 코어 층(40) 형성과정에서 액상의 비발포성 폴리우레탄이 가스튜브(850) 안으로 유입되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 도 36은 본 발명의 제10 실시 예에 따른 단열 구조재를 도시한 종단면도이다.
도 36을 참조하면, 본 발명의 제10 실시 예에 따른 단열 구조재(1100)는 금속 상판(20); 상기 금속 상판(20)과 일정한 공간을 가지면서 위치하는 금속 하판(10); 상기 금속 상판(20)과 상기 금속 하판(10)의 중간에 삽입된 진공단열재(51); 및, 상기 진공단열재(51)를 전체적으로 감싸면서 상기 금속 상판(20) 및 상기 금속 하판(10) 내측면과 밀착 접합되는 비발포성 수지(40)를 포함한다.
비발포성 수지(40)는 폴리에틸렌(LDPE)계 탄성 중합체의 합성수지인 엘라스토머를 포함한다.
비발포성 수지(40)는 전체적으로 진공단열재(51)를 감싸고 있기 때문에 외부 충격으로부터 보호하고 구조적 강성(구조재로서의 기능)을 유지하기 위하여 금속 상판(20)과 금속 하판(10) 사이에 형성된다. 비발포성 수지(40)는 코어 층의 일예로서, 액상의 비발포성 수지의 주입후 경화시키는 방법을 통해서 형성될 수 있다.
본 실시 예의 단열 구조재는, 내부에 있는 고성능의 단열재, 예를 들어 진공 단열재를 구비하므로 단열 측면에서 월등한 성능을 가진다.
진공단열재를 적용할 경우, 패시브 하우스(passive house) 열관류율 기준인 0.15 W/㎡·K를 만족하기 위해서, 금속 상판(20), 비발포성 수지(40), 진공단열재(51), 금속 하판(10)의 두께(T)는 각각 4-6㎜, 15-25㎜, 10-20㎜, 4-6㎜로 최적화하여 구성함으로써, 단열성능을 충분히 확보할 수 있다.
비발포성 수지(40)가 금속 상판(20)과 금속 하판(10) 및 그 사이에 배치된 진공단열재(51)의 표면에 완전 밀착된 상태로 부착(혹은 접합 내지는 접착)되어 내구성이 향상된다. 또한, 비발포성 수지(40)가 단열 구조재(1100) 양끝단에도 일정한 두께로 배치되어 있기 때문에 금속재에 의한 열교현상이 방지되어서 열전달을 최소화된다.
또, 본 실시 예의 단열 구조재는 단열재의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 즉, 통상의 단열재는 충격에 취약하고 외부 표피의 미세한 틈이 생길 경우, 시간이 지남에 따라 가스출입 등의 문제 때문에 단열 성능이 떨어지는 현상이 발생할 수 있지만, 본 실시 예에서는, 밀폐된 금속박스와 고밀도의 비발포성 수지(40)가 진공단열재(51) 외부 전체를 둘러 감싸는 구조로 이루어져 있으므로, 단열 성능이 떨어지는 현상이 발생하지 않는다.
이와 같이 본 실시 예에서는 비발포 폴리머를 이용하여 양쪽 말단부의 두께를 강화하고, 구조적 강성을 높이고, 비발포 폴리머 재질의 코어 층이 진공단열재의 표면 전체를 감싸도록 하여 진공단열재의 가스출입을 효과적으로 방지하여 진공단열재의 진공도를 오랫동안 장시간 유지할 수 있다.
종래 진공단열재는 그 외부에 금속재의 외부 피복으로 감싸고 있지만 지속적으로 서서히 공기가 투과하여 진공도가 낮아지는 문제점이 있다. 그러나 본 발명에서는 상기 비발포성 수지(40)가 진공단열재의 전체적으로 감싸고 있기 때문에 진공단열재의 가스 출입이 발생하지 않아 비발포성 수지(40) 내에 기포가 생성되지 않게 되어, 기포로 인해 생길 수 있는 단열성 감소와 구조적 취약성 문제를 사전에 방지할 수 있다.
또한, 도 37은 본 발명의 제11 실시 예에 따른 단열 구조재를 도시한 종단면도이고, 도 38은 도 37도에서 인접하는 단열 구조재를 서로 연결 설치한 종단면도이다.
도 37을 참조하면, 본 발명의 제11 실시 예에 따른 단열 구조재(1200)는 금속 상판(20); 상기 금속 상판(20)과 일정한 공간을 가지면서 위치하는 금속 하판(10); 상기 금속 상판(20)과 상기 금속 하판(10)의 중간에 삽입된 진공단열재(51); 상기 진공단열재(51)를 전체적으로 감싸면서 상기 금속 상판(20) 및 상기 금속 하판(10)과 밀착 접합되는 비발포성 수지(40); 그리고 상기 금속 하판(10)과 상기 금속 상판(20)의 끝단 부에 마련되는 연결부(테두리 부)(1230);를 포함한다.
하부 판(10), 상부 판(20), 연결부(1230)에 의해서 형성된 박스공간 안에 상기 비발포성 수지(40)가 완전 밀착하여 접합되므로, 접착 구조가 견고하고 박리현상을 효과적으로 방지할 수 있으며, 구조적 강성을 높일 수 있고, 가스출입이 발생하지 않아, 비발포성 수지(40) 내에 기포가 생성되지 않게 되어 기포로 인해서 발생할 수 있는 단열성 감소와 구조적 취약성 문제를 사전에 방지할 수 있다.
또, 연결부(테두리 부 혹은 마감 부)(1230)는 열교 현상을 방지하고 구조적 체결 및 연결을 위하여 혼합체 구성일 수 있으나, 반드시 이에 국한되지 않으며, 열전도율이 낮은 재질 변경을 통해서 단일체로 구성이 가능하다.
도 38을 참조하면, 연결부(테두리 부)(1230)가 용접되어 인접하는 단열 구조재(1200)가 서로 연결될 수 있다.
본 발명의 단열 구조재는 액화가스 화물창 단열시스템 이외에 건축물의 단열 구조재, 지붕, 단열 창고 등에도 적용될 수 있다. 지붕구조는 일반적인 건축물 기준 열손실의 약 40%가 발생하는 구역으로서 단열공사가 매우 중요하다. 지붕의 특성상 방수 공사도 중요하며, 눈/비/바람과 같은 하중에 견디기 위해서 견고한 구조로 제작된다. 실제로, 이를 위해서 여러 가지 번거로운 피복, 단열, 방수 및 구조체 제작 작업이 요구된다. 하지만, 본 발명의 단열 구조재가 적용될 경우, 한 번의 시공으로 구조, 단열 및 방수공사를 마감할 수 있기 때문에 상당한 자재비 감소와 노무비 감소 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명의 단열 구조재는 선박의 벙커 탱크(Bunker Tank)에도 적용될 수 있다. 온도유지가 중요한 중연료유 탱크 및 화학 운반선의 각종 액체 화물 탱크 구조선박의 연료로 사용되는 중연료유(HFO)는 상온에서 점도가 매우 높기 때문에 중연료유의 온도를 높여 유동성을 원활히 하는 장치가 필요하다.
이러한 목적으로 중연료유 탱크 내에 각종 히팅(heating) 장비를 설치하며, 그 결과 탱크 내부의 온도는 약 100℃ 정도까지 올라갈 수 있다.
본 발명의 단열 구조재가 적용될 경우, 한 번의 시공으로 단열 및 구조 공사를 모두 마칠 수 있어 경제성이 현저하게 좋아진다.
또한, 본 발명의 단열 구조재는 단열이 필요한 파이프에도 적용될 수 있다.
기존의 파이프는 여러 이유로 단열이 필요한 경우가 많다. 이 경우, 금속 파이프 위에 여러 겹의 단열재를 시공해야 하는 번거로움이 있으며, 단열재가 외부 환경에 그대로 노출되므로, 유지 보수 측면에서 근본적으로 취약하다. 진공단열재는 현재 파이프 형태로도 가공되고 있다. 이러한 진공단열재와 기존의 금속 파이프를 이용하여 손쉽게 일체형으로 제작 가능하다. 이 경우, 별도의 단열 시공 작업이 필요 없으므로, 설치 작업이 간소화되며 뛰어난 단열 성능이 확보될 뿐 아니라 유지 보수가 매우 간편한 배관 작업이 가능해 진다.
본 실시 예에서, 하부 판과 상부 판 그리고 진공단열재, 커넥터 등의 두께 및 형상은 설명의 편의를 위해서 임의로 도시한 것에 불과하므로, 설계조건에 따라 다양하게 변경 가능하다.
예를 들어, 단열 구조재 간의 연결부 용접부분에 형성되는 용접부위(welding bead)에 대하여, 본 실시 예에서는 도면에 금속 층 표면에만 일부 형성된 것을 도시하고 있으나, 이는 설명의 편의를 위해서 예시적으로 도시한 것에 불과한 것이며, 선급규정에 따라 full penetration, half penetration 방식 등에 따라 용접 깊이나 용접 범위 등을 조절할 수 있다. 더 나아가, 연결부에서 금속 간 혹은 비금속 층간의 접합에 대해서 도시하지는 않았으나, 밀착이나 접합방식 등을 이용하여 접합 강도 등을 더욱 높일 수 있다.
또한, 연결부를 ① 블록 적층형 구조 ② 충진 적층형 구조 ③ 블록 단차형 구조 ④ 충진 단차형 구조 ⑤ 충진 마감형 구조 ⑥ 볼트 체결형 구조로 구별하고 있으나, 이는 설명의 편의를 위해서 연결부를 형태별로 임의로 구분한 것에 불과하며, 이에 국한되는 것은 아니다. 아울러, 연결부는 3단으로 구성하는 것을 일 예로 설명하고 있으나, 이에 국한되지 않으며, 다양한 구조로 변경 가능하다.
비금속 층(중간 연결부)은 전체가 비발포성 폴리머 재질로 구성될 수도 있지만, 일부만 비발포성 폴리머 재질로 구성될 수도 있다. 즉, 내부는 금속재로 형성되고 표면만 비발포성 폴리머 재질로 형성될 수도 있다.
하부 블록(31), 상부 블록(32)은 금속재질로 하는 것이 강도 측면에서 좋지만, 반드시 이에 국한되는 것은 아니며, 금속과 상응하는 강도 등을 갖는 재질이라면 다른 재질로 대체 가능하다.

Claims (26)

  1. 하부 판;
    상기 하부 판과 일정간격을 유지하여 상기 하부 판의 상방에 배치되는 상부 판;
    열교 현상을 방지하고 구조적 체결을 위하여 상기 하부 판과 상기 상부 판의 끝단 부에 마련되며, 금속 층과 비금속 층의 혼합체로 구성된 연결부; 및
    상기 하부 판, 상기 상부 판, 상기 연결부가 이루는 공간에 액상으로 주입 경화되는 비발포성 폴리머로 채워지는 코어 층; 을 포함하는 단열 구조재.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부 판과 상기 상부 판 사이에 배치되는 단열재를 포함하는 중간층을 구비하는 단열 구조재.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 단열재는 진공단열재, 에어로젤 단열재, 또는 슬림(slim)의 유기 및 무기 단열재, 비정형 타입 단열재 중 적어도 어느 하나를 포함하는 단열 구조재.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 연결부는,
    상기 하부 판에 고정되는 금속재질의 하부 연결부와, 상기 상부 판에 고정되는 금속재질의 상부 연결부를 구비하되, 상기 하부 연결부와 상기 상부 연결부 사이에 중간 연결부인 비금속 층을 개재하는 적층형 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 단열 구조재.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 연결부는,
    상기 하부 판에 고정되는 금속재질의 하부 연결부와, 상기 상부 판에 고정되고 상기 하부 연결부와 단 차지게 배치되는 금속재질의 상부 연결부를 구비하되, 상기 하부 연결부와 상기 상부 연결부 사이에 중간 연결부인 비금속 층을 개재하는 단차형 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 단열 구조재.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 연결부는,
    상기 하부 판에 고정되는 금속재질의 하부 연결부와, 상기 상부 판에 고정되고 상기 하부 연결부와 단 차지게 배치되는 금속재질의 상부 연결부를 구비하고, 상기 하부 연결부와 상기 상부 연결부 사이에 중간 연결부인 비금속 층을 개재하되,
    상기 비금속 층은 임시 차단 부재를 이용하여 상기 하부 연결부와 상기 상부 연결부 틈새를 차단한 후에 상기 코어 층의 형성 과정 시, 상기 코어 층과 일체로 형성되는 충진 단차형 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 단열 구조재.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 연결부는,
    상기 하부 판에 고정되는 금속재질의 하부 연결부와, 상기 상부 판에 고정되는 금속재질의 상부 연결부를 구비하고, 상기 하부 연결부와 상기 상부 연결부 사이에 중간 연결부인 비금속 층을 개재하되,
    상기 상부 연결부는 상기 상부 판에 탈착 가능하게 결합하고, 상기 상부 연결부와 상기 하부 연결부 사이의 공간 안에 액상의 비발포성 폴리머를 주입 경화시켜서 상기 코어 층과 일체로 형성하고 서로 인접하는 단열 구조재를 연결하는 충진 마감형 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 단열 구조재.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부 판과 상기 상부 판의 테두리 부에는 상기 하부 판과 상기 상부 판을 상하로 관통하는 체결 공이 다수 형성되고, 서브 구조물에 시공될 수 있도록 상기 연결부가 상기 체결 공 안에 결합하는 볼트 체결구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 단열 구조재.
  9. 청구항 2에 있어서,
    상기 중간층은 상기 상부 판의 하측에 설치되거나, 상기 코어 층 안에 설치되거나, 상기 하부 판의 상측에 설치되는 구조 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 단열 구조재.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 중간층은 진공단열재를 포함하며,
    상기 중간층이 상기 상부 판의 하측에 설치되는 경우, 상기 중간층은 상기 상부 판과 슬립 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 단열 구조재.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 판과 상기 하부 판 사이에 고정 설치되는 커넥터; 를 더 포함하는 단열 구조재.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 코어 층은, 상기 진공단열재를 외부충격으로부터 보호하고, 구조적 강성을 유지하기 위하여 상기 공간 안으로 액상의 비발포성 폴리머가 주입 경화되어 상기 공간의 내부 면에 기밀하게 접착되는 구성인 것을 특징으로 하는 단열 구조재.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 중간층은 진공단열재를 기본 구성으로 하고, 진공단열재 표면 보호재, 보강 단열재, 및 슬립재 중 적어도 어느 하나 이상의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 단열 구조재.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 진공단열재는 상기 코어 층과 상기 상부 판 사이에 설치되어 단열성능을 가지며,
    상기 진공단열재 표면 보호재는 상기 진공단열재와 상기 상부 판 사이에 설치되어 상기 진공단열재의 피복 손상을 방지하며,
    상기 슬립 재는 상기 상부 판과의 슬립을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 단열 구조재.
  15. 청구항 10에 있어서,
    상기 하부 판, 상기 상부 판과 상기 연결부에 의해서 형성된 박스공간 안에 상기 코어 층이 완전 밀착하여 접합되며,
    상기 코어 층이 기밀 접합하여 상기 진공단열재의 주위를 감싸 보호하는 구성인 것을 특징으로 하는 단열 구조재.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 코어 층의 내부에 경량 형상체가 구비되는 것을 특징으로 하는 단열 구조재.
  17. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부 판 1개 위에 상기 상부 판 1개가 배치되어 서로 인접하는 단열 구조재가 연결되는 패널 타입(panel type)과, 상기 하부 판 1개 위에 상기 상부 판 여러 개가 배치되어 격자구조로 구성되는 오버레이 타입(overlay type) 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 단열 구조재.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 오버레이 타입은,
    상기 연결부가 상기 하부 판에 고정되는 금속재질의 하부 연결부와, 상기 상부 판에 고정되는 금속재질의 상부 연결부를 구비하고, 상기 하부 연결부와 상기 상부 연결부 사이에 비금속 층을 개재하는 것을 특징으로 하는 단열 구조재.
  19. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 판과 하부 판은 금속 판으로 구성되거나, 금속을 포함한 복합 소재로 구성되는 것중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 단열 구조재.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 상부 판과 상기 하부 판의 사이에 진공단열재가 위치하는 것을 특징으로 하는 단열 구조재.
  21. 청구항 4에 있어서,
    상기 중간 연결부를 구성하는 비금속 층에는 단열 및 구조 성능을 높이기 위해서 단열재 및 커넥터가 배치되는 것을 특징으로 하는 단열 구조재.
  22. 청구항 1에 있어서,
    상기 비금속 층 안에 불활성 가스 순환배관이 삽입되고, 상기 불활성 가스 순환배관에 가스튜브가 연결되며, 상기 가스튜브는 균열이 생길 수 있는 구역까지 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 단열 구조재.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 불활성 가스 순환배관을 통해서 불활성 가스를 순환시키고 검출장치의 가스 회수 부에서 상기 불활성 가스의 농도를 확인하여 가스 누출 여부를 확인하는 것을 특징으로 하는 단열 구조재.
  24. 청구항 22에 있어서,
    상기 코어 층의 형성과정 중에, 액상의 비발포성 폴리머가 상기 가스튜브 안으로 유입되는 것을 방지하기 위하여 상기 가스튜브 끝단에 메쉬(mesh)나 필터 중 어느 하나가 설치되는 것을 특징으로 하는 단열 구조재.
  25. 금속 상판;
    상기 금속 상판과 일정한 공간을 가지면서 위치하는 금속 하판;
    상기 금속 상판과 상기 금속 하판의 중간에 삽입된 진공단열재; 및
    상기 진공단열재를 전체적으로 감싸면서 상기 금속 상판 및 상기 금속 하판과 밀착 접합되는 비발포성 수지; 를 포함하는 단열 구조재.
  26. 청구항 1 또는 25중 어느 한 항에 기재된 단열 구조재를 이용한 저온 및 극저온 액화가스 운반선.
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