KR101058522B1 - 단열 구조체 및 이를 갖는 극저온 액체저장탱크 - Google Patents

단열 구조체 및 이를 갖는 극저온 액체저장탱크 Download PDF

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Abstract

본 발명은 극저온 액체가 저장되는 저장공간을 단열하기 위한 단열 구조체 및 이를 갖는 극저온 액체저장탱크를 개시한다. 본 발명의 단열 구조체는 단열패널과 주 방벽으로 구성된다. 단열패널은 탱크벽과 저장공간 사이의 열이동을 막기 위해 탱크벽에 결합되는 복수의 외측패널과 복수의 내측패널을 가지며, 복수의 내측패널 사이사이에 복수의 수용홈이 형성된다. 주 방벽은 저장공간에 저장된 극저온 액체와 직접 접하도록 복수의 내측패널을 덮고, 탱크벽 쪽으로 돌출되어 복수의 수용홈에 삽입되는 복수의 주름부를 갖는다. 본 발명의 단열 구조체는 극저온 액체와 직접 접하는 주 방벽의 주름부가 저장공간으로 돌출되지 않고 단열패널에 형성된 수용홈에 삽입됨으로써, 극저온 액체의 압력에 의한 파손 위험이 크게 줄어든다.

Description

단열 구조체 및 이를 갖는 극저온 액체저장탱크{HEAT INSULATION STRUCTURE AND CRYOGENIC LIQUID STORAGE TANK HAVING THE SAME}
본 발명은 극저온 액체저장탱크에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 극저온 액체가 저장되는 저장공간을 단열하기 위한 단열 구조체 및 이를 갖는 극저온 액체저장탱크에 관한 것이다.
액화천연가스(LNG), 액체 아르곤(LAR), 액체 질소(LIN), 액체 산소(LOX), 액체 수소(LH2) 등의 극저온 액체는 증발에 의한 액체의 손실을 최소화하기 위해 단열된 저장탱크에 저장된 상태로 보관되거나 운반된다.
이러한 극저온 액체저장탱크의 일예로, 액화천연가스용 저장탱크는 약 -165℃의 초저온 액화천연가스를 저장하기 위한 것으로, 구형 타입(Spherical Type)과 멤브레인 타입(Membrane Type)이 있다. 멤브레인 타입의 액화천연가스용 저장탱크는 구형 타입의 액화천연가스용 저장탱크보다 적재용량이 크고 제작이 간편하여 현재 가장 널리 사용되고 있다. 멤브레인 타입의 액화천연가스용 저장탱크로는 프랑스 가즈트랜스포트 이트 테크니가즈(Gaz Transport et Technigaz, GTT)사에 의하여 개발된 Mark-Ⅲ 타입과 NO-96 타입이 있다. 이들 액화천연가스용 저장탱크는 액화 천연가스의 누출을 막고, 액화천연가스가 저장되는 저장공간을 단열하기 위한 단열 구조체를 갖는다. Mark-Ⅲ 타입과 NO-96 타입 중에서 Mark-Ⅲ 타입의 액화천연가스 저장탱크는 시공이 간편하고 재료비가 저렴하여 NO-96 타입보다 선호되고 있다.
Mark-Ⅲ 타입의 액화천연가스 저장탱크의 단열 구조체는 표면이 극저온의 액화천연가스와 직접 접하는 주 방벽, 주 방벽의 배면에 결합되는 단열패널을 포함한다. 단열패널은 주 방벽에 결합되는 내측패널과 탱크벽에 고정되는 외측패널을 포함하는 샌드위치 구조로 이루어진다. 내측패널 및 외측패널은 각각 합판 재질의 보호판과 우레탄폼과 같은 단열재로 구성된다.
단열패널은 탱크벽에 용접 결합된 스터드볼트에 의해 탱크벽에 고정된다. 단열패널의 연결부에 스터드볼트를 끼운 후 스터드볼트에 나사를 결합하면 단열패널이 탱크벽에 고정된다. 단열패널이 탱크벽에 고정된 후, 단열패널과 스터드볼트의 결합이 이루어진 조인트부는 단열물질로 이루어진 커넥터(Connector)로 채워진다.
극저온의 액화천연가스와 접하는 주 방벽은 스테인리스스틸과 같은 금속 시트가 용접 결합되어 이루어진다. 이러한 주 방벽은 열수축 발생 시 용접 부위가 열응력을 받아 파손될 수 있다. 이러한 문제 때문에, 주 방벽은 낮은 면강성(In-plane Stiffness)을 갖기 위해 격자 모양의 주름부를 갖는다. 주름부는 열수축 발생 시 일정량 변형됨으로써 용접 부위에서의 열응력을 줄여주게 된다.
그런데 선박이나 차량 등의 운송수단에 설치된 액화천연가스 저장탱크는 운송수단의 롤링(Rolling)이나 피칭(Pitching) 등과 같은 움직임에 그 내부에 저장된 액화천연가스의 표면에서 파동이 발생할 수 있다. 이러한 파동을 슬러싱(Sloshing)이라 하며, 이러한 슬러싱은 주 방벽에 큰 압축력을 가하게 된다. 이렇게 슬러싱에 의한 압축력이 주 방벽의 항복강도(Yield Strength)를 초과하면 저장공간으로 돌출된 주름부에서 영구 변형이 발생하면서 주 방벽의 안전성이 떨어질 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 슬러싱에 의한 주 방벽의 변형을 방지하여 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있는 단열 구조체 및 이를 갖는 극저온 액체저장탱크를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 의한 극저온 액체저장탱크의 단열 구조체는, 탱크벽과 저장공간 사이의 열이동을 막기 위해 탱크벽에 결합되는 복수의 외측패널과 복수의 내측패널을 가지며, 복수의 내측패널 사이사이에 복수의 수용홈이 형성되는 단열패널; 및 저장공간에 저장된 극저온 액체와 직접 접하도록 복수의 내측패널을 덮고, 탱크벽 쪽으로 돌출되어 복수의 수용홈에 삽입되는 복수의 주름부를 갖는 주방벽을 포함한다.
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상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 의한 극저온 저장탱크는, 극저온 액체가 저장되는 저장공간이 내부에 형성되는 탱크벽; 탱크벽과 저장공간 사이의 열이동을 막기 위해 탱크벽에 결합되는 복수의 외측패널과 복수의 내측패널을 가지며, 복수의 내측패널 사이사이에 복수의 수용홈이 형성되는 단열패널; 및 저장공간에 저장된 극저온 액체와 직접 접하도록 복수의 내측패널을 덮고, 탱크벽 쪽으로 돌출되어 복수의 수용홈에 삽입되는 복수의 주름부를 갖는 주 방벽;을 포함한다.
본 발명에 의한 단열 구조체는, 극저온 액체와 직접 접하는 주 방벽의 열에 의한 수축 및 팽창을 흡수하기 위한 주름부가 저장공간으로 돌출되지 않고 단열패널에 형성된 수용홈에 삽입됨으로써, 극저온 액체의 압력에 잘 견딜 수 있다. 따라서, 주름부의 파손 위험을 크게 줄일 수 있고, 극저온 액체저장탱크의 신뢰성을 높일 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 의한 단열 구조체 및 이를 갖는 극저온 액체저장탱크에 대하여 설명한다. 도면에서 구성요소의 크기와 형상 등은 발명의 이해를 돕기 위해 과장되거나 단순화되어 나타날 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 극저온 액체저장탱크는 액화천연가스가 저장될 수 있는 저장공간이 내부에 형성되는 탱크벽(10) 및 탱크벽(10)의 내면에 결합되어 저장공간을 단열시키는 단열 구조체(11)를 포함한다. 단열 구조체(11)는 저장공간과 탱크벽(10) 사이의 열이동을 막기 위해 탱크벽(10)에 결합되는 단열패널(12) 및 단열패널(12)에 결합되어 단열패널(12)을 덮는 주 방벽(13)을 포함한다.
단열패널(12)은 탱크벽(10)의 내면에 결합되는 복수의 외측패널(14), 주 방벽(13)과 결합되는 복수의 내측패널(15), 외측패널(14)과 내측패널(15) 사이에 개재되는 부 방벽(16)을 포함한다. 외측패널(14)은 탱크벽(10)에 결합되는 외측 보호판(17) 및 외측 단열재(18)로 구성되고, 내측패널(15)은 주 방벽(13)과 결합되는 내측 보호판(19) 및 내측 단열재(20)로 구성된다. 여기에서, 외측 보호판(17) 및 내측 보호판(19)은 합판과 같이 압축 강도가 큰 재질로 이루어지고, 외측 단열재(18) 및 내측 단열재(20)는 폴리우레탄폼과 같은 단열성 있는 재질로 이루어진다.
부 방벽(16)은 주 방벽(13)에서 누출되는 극저온 액체가 탱크벽(10)으로 유동하는 것을 막기 위한 것으로, 스테인리스스틸이나 알루미늄 포일의 양면에 유리섬유 복합재료가 접합된 형태의 트리플렉스(Triplex) 등 극저온 액체의 유동을 막을 수 있는 다양한 재질로 만들어진다.
외측패널(14)은 탱크벽(10)에 결합되는 스터드볼트나 접착제 등에 의해 탱크벽(10)에 고정될 수 있다. 외측패널(14)과 탱크벽(10)의 사이에는 복수의 외측패널(14) 간의 단차를 조절하기 위한 받침패드(21)가 배치된다. 부 방벽(16)은 접착제에 의한 접착 등 다양한 방법으로 외측패널(14) 및 내측패널(15)에 각각 결합될 수 있고, 주 방벽(13)은 접착제에 의한 접착이나 용접 등 다양한 방법으로 내측패널(15)의 내측 보호판(19)에 결합될 수 있다.
복수의 내측패널(15) 사이에는 수용홈(23)이 형성된다. 수용홈(23)은 그 단면 형상이 반원형 또는 반타원형으로 이루어진다. 사각 형상의 내측패널(15)의 네 모서리에는 각각 곡면부(24)가 구비되어서, 서로 인접하는 두 개의 내측패널(15) 사이에 두 개의 곡면부(24)에 의한 오목한 수용홈(23)이 형성된다.
본 발명에 있어서, 탱크벽(10)과 저장공간 사이의 열이동을 막기 위해 탱크벽(10)에 결합되는 단열패널(12)은 상술한 것과 같은 구조로 한정되지 않고 열전달계수가 작은 다양한 단열재를 포함하는 다른 구조로 변경될 수 있다.
주 방벽(13)은 극저온 액체와 직접 접하는 부분으로 스테인리스스틸과 같은 금속 시트가 겹치기 용접 결합되어 이루어진다. 주 방벽(13)은 열수축 및 팽창 시 면내 강성을 줄이기 위하여 복수의 주름부(26)를 갖는다. 도 2에 도시된 것과 같이, 주름부(26)는 수용홈(23)에 대응하는 형상으로 이루어지며, 주 방벽(13)이 단열패널(12)에 결합될 때 수용홈(23)에 삽입된다.
주름부(26)와 내측패널(15)의 사이에는 인접하는 두 내측패널(15) 사이에 형성되는 간극(27)을 채우기 위한 내열부재(28)가 배치된다. 내열부재(28)는 주름부(26)의 겹치기 용접 시 고열에 의해 단열패널(12)이 손상되는 것을 방지하고, 주름부(26)가 받는 압력이 한 곳에 집중되지 않고 수용홈(23) 주변으로 고르게 분산시킨다. 내열부재(28)는 유리섬유, 유리섬유-페놀 복합재료, 페놀폼, 합판, 페놀함침 합판 등 열전달계수가 낮은 다양한 재질로 이루어진다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 단열 구조체를 갖는 극저온 액체저장탱크의 일부분을 나타낸 것이다. 도 3에 도시된 단열 구조체(30)는 대부분이 도 2에 도시된 단열 구조체(11)와 같은 구조로 이루어지는 것으로, 동일한 부분에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 단열 구조체(30)는 내측 보호판(31)의 모서리에 수용홈(23) 쪽으로 굽은 굴곡부(32)가 구비된다. 굴곡부(32)는 수용홈(23)에 삽입된 주름부(26)를 지지하는 역할을 한다. 여기에서, 내측 보호판(19)은 곡면부(24; 도 1참조)에 대응하는 굴곡부(32)가 용이하게 형성될 수 있도록 섬유강화 복합재료로 이루어질 수 있다. 주름부(26)와 단열패널(12)의 사이에는 인접하는 두 내측패널(15) 사이에 형성되는 간극(27)을 채우기 위한 내열부재(28)가 배치된다.
도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 의한 단열 구조체를 갖는 극저온 액체저장탱크의 일부분을 나타낸 것이다. 도 4에 도시된 단열 구조체(34)는 대부분이 도 2에 도시된 단열 구조체(11)와 같은 구조로 이루어지고, 주름부(26)와 내측패널(15)의 사이에 주름부(26)를 지지하기 위한 보강부재(35)가 배치된다. 보강부재(35)는 수용홈(23)의 형상에 대응하는 형상으로 이루어지며, 수용홈(23)에 삽입된다. 주름부(26)와 보강부재(35)의 사이에는 인접하는 두 내측패널(15) 사이에 형성되는 간극(27)을 채우기 위한 내열부재(28)가 배치된다. 내열부재(28)는 단열패널(12)과 보강부재(35) 사이에 배치될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 의한 단열 구조체의 단열패널을 나타낸 것이다. 도 5에 도시된 단열 구조체의 단열패널(37)은 대부분이 도 1에 도시된 단열 구조체(11)의 단열패널(12)과 같은 구조로 이루어진 것으로, 복수의 채널(38)을 갖는다. 복수의 채널(38)은 내측 보호판(19)의 일면에 형성되며, 주 방벽(13)이 내측 보호판(19)에 결합될 때 단열패널(12)과 주 방벽(13)의 사이에 유체가 유동할 수 있는 통로를 형성하게 된다. 복수의 채널(38)에 의해 만들어지는 통로를 통해 주 방벽(13)의 용접부에 대한 누설 검사를 위한 검사 유체가 유동할 수 있다.
도면에는 복수의 채널(38)이 일정한 간격으로 내측 보호판(19)의 모서리와 평행하게 형성된 것으로 나타나 있으나, 복수의 채널(38)은 격자형 또는 방사형 등 유체의 유동성을 확보할 수 있는 다양한 형태로 이루어질 수 있다.
도 6 내지 도 8은 본 발명에 의한 단열 구조체의 주 방벽에 구비되는 주름부 및 이를 수용하는 수용홈의 다양한 변형예를 나타낸 것이다.
도 6에 도시된 주름부(41) 및 수용홈(42)은 그 단면 형상이 사각형으로 이루어진 것으로, 주름부(41)와 내측패널(15)의 사이에 수용홈(42) 형상에 대응하는 형상의 내열부재(43)가 배치된다. 도 7에 도시된 주름부(44) 및 수용홈(45)은 그 단면 형상이 삼각형으로 이루어진 것이고, 도 8에 도시된 주름부(47) 및 수용홈(48)은 그 단면 형상이 오각형으로 이루어진 것이다. 각각의 주름부(44)와 내측패널(15)의 사이에는 각 수용홈(45)(48) 형상에 대응하는 형상의 내열부재(46)(49)가 배치된다. 여기에서, 주름부(41)(44)(47)를 비롯한 주 방벽(13)의 굽은 부분은 응력 집중을 막기 위해 적당한 곡률반경을 갖는 곡면으로 이루어진다.
본 발명에 있어서, 주름부 및 이를 수용하는 수용홈의 단면 형상은 상술한 변형예들 이외에 반원형이나 반타원형, 또는 다양한 다각형으로 변경될 수 있다.
이러한 본 발명에 의한 단열 구조체는, 극저온 액체와 직접 접하는 주 방벽의 열에 의한 수축 및 팽창을 흡수하기 위한 주름부가 탱크벽 쪽으로 돌출되어 있어서, 극저온 액체의 슬러싱에 의한 변형에 강하다.
이상에서 설명한 본 발명은 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한 정되는 것이 아니다. 즉, 본 발명은 기재된 특허청구범위의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 단열 구조체의 단열패널을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 단열 구조체가 탱크벽에 결합된 상태를 나타낸 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 단열 구조체가 탱크벽에 결합된 상태를 나타낸 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 의한 단열 구조체가 탱크벽에 결합된 상태를 나타낸 측단면도이다.
도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 의한 단열 구조체의 단열패널을 나타낸 사시도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명에 의한 단열 구조체의 주 방벽에 구비되는 주름부 및 이를 수용하는 수용홈의 다양한 변형예를 나타낸 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 탱크벽 11 : 단열 구조체
12 : 단열패널 13 : 주 방벽
14 : 외측패널 15 : 외측패널
16 : 부 방벽 17 : 외측 보호판
18 : 외측 단열재 19 : 내측 보호판
20 : 내측 단열재 21 : 받침패드
23 : 수용홈 24 : 곡면부
26 : 주름부 27 : 틈새
28 : 내열부재 32 : 굴곡부
35 : 보강부재

Claims (10)

  1. 극저온 액체저장탱크의 탱크벽 내면에 결합되어 극저온 액체가 저장되는 저장공간을 단열시키는 극저온 액체저장탱크의 단열 구조체에 있어서,
    상기 탱크벽과 상기 저장공간 사이의 열이동을 막기 위해 상기 탱크벽에 결합되는 복수의 외측패널과 복수의 내측패널을 가지며, 상기 복수의 내측패널 사이사이에 복수의 수용홈이 형성되는 단열패널; 및
    상기 저장공간에 저장된 극저온 액체와 직접 접하도록 상기 복수의 내측패널을 덮고, 상기 탱크벽 쪽으로 돌출되어 상기 복수의 수용홈에 삽입되는 복수의 주름부를 갖는 주 방벽;을 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 액체저장탱크의 단열 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 외측패널은 상기 탱크벽에 결합되는 외측 보호판 및 상기 외측 보호판에 결합되는 외측 단열재를 가지고, 상기 복수의 내측패널은 상기 주 방벽에 결합되는 내측 보호판 및 상기 내측 보호판에 결합되는 내측 단열재를 가지며, 상기 단열패널은 상기 복수의 내측패널 사이사이에 형성되는 간극을 채우기 위해 상기 주름부와 상기 내측패널의 사이에 배치된 내열부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 액체저장탱크의 단열 구조체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 내측 보호판은 상기 주름부를 지지할 수 있도록 상기 수용홈에 삽입되는 굴곡부를 갖는 것을 특징으로 하는 극저온 액체저장탱크의 단열 구조체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 내측 보호판은 섬유강화 복합재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 극저온 액체저장탱크의 단열 구조체.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 내열부재는 유리섬유, 유리섬유-페놀 복합재료, 페놀폼, 합판, 페놀함침 합판 중에서 선택된 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 극저온 액체저장탱크의 단열 구조체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 주름부를 지지하기 위해 상기 수용홈에 삽입되어 상기 주름부와 상기 내측패널 사이에 배치되는 보강부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 액체저장탱크의 단열 구조체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 수용홈 및 상기 주름부의 단면은 반원형, 반타원형, 다각형 중에서 선택된 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 극저온 액체저장탱크의 단열 구조체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 주 방벽의 굽은 부분은 응력 집중을 막기 위해 곡면으로 이루어진 것을 특징으로 하는 극저온 액체저장탱크의 단열 구조체.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 단열패널과 상기 주 방벽의 사이에 유체가 유동할 수 있는 통로가 형성되도록 상기 단열패널에 복수의 채널이 형성되는 것을 특징으로 하는 극저온 액체저장탱크의 단열 구조체.
  10. 극저온 액체가 저장되는 저장공간이 내부에 형성되는 탱크벽;
    상기 탱크벽과 상기 저장공간 사이의 열이동을 막기 위해 상기 탱크벽에 결합되는 복수의 외측패널과 복수의 내측패널을 가지며, 상기 복수의 내측패널 사이사이에 복수의 수용홈이 형성되는 단열패널; 및
    상기 저장공간에 저장된 극저온 액체와 직접 접하도록 상기 복수의 내측패널을 덮고, 상기 탱크벽 쪽으로 돌출되어 상기 복수의 수용홈에 삽입되는 복수의 주름부를 갖는 주 방벽;을 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 액체저장탱크.
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