KR101454617B1 - 액화가스 수송선박의 화물창 - Google Patents

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Abstract

선체와 사이에 응력을 저감할 수 있는 액화가스 수송선박의 화물창이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 외벽에 단열패널을 결합하는 액화가스 수송선박의 화물창은 단열패널과 외벽 사이에는 외벽과 접착되는 접착부와 외벽과 접착되지 않는 비접착부를 포함하는 보조패널이 마련되고, 접착부는 보조패널의 중앙부에 위치하고, 접착부를 둘러싸는 보조패널의 외곽부에 비접착부가 위치한다.

Description

액화가스 수송선박의 화물창{CARGO FOR LIQUEFIED GAS CARRIER SHIP}
본 발명은 액화가스 수송선박의 화물창에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선체와 사이에 응력을 저감할 수 있는 액화가스 수송선박의 화물창에 관한 것이다.
액화가스는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 -162°C로 냉각해 그 부피를 6백분의 1로 줄인 무색 투명한 초저온 액체를 말한다.
이러한 액화가스가 에너지 자원으로 사용됨에 따라 이 가스를 에너지로 이용하기 위해서 생산기지로부터 수요지의 인수지까지 대량으로 수송할 수 있는 효율적인 운송 방안이 검토되어 왔으며, 이러한 노력의 일환으로 대량의 액화가스를 해상으로 수송할 수 있는 액화가스 수송선박이 개발되었다.
그런데, 액화가스 수송선박에는 초저온상태로 액화시킨 액화가스를 보관 및 저장할 수 있는 화물창(Cargo)이 구비되어 있어야 하는데, 이러한 화물창에 요구되는 조건이 매우 까다로워 많은 어려움이 있었다.
즉, 액화가스는 대기압 보다 높은 증기압을 가지며, 대략 -162°C 정도의 비등 온도를 갖기 때문에, 이러한 액화가스를 안전하게 보관하고 저장하기 위해서는 이를 저장하는 화물창은 초저온에 견딜 수 있는 재료, 예를 들면 알루미늄강, 스테인리스강, 35% 니켈강 등으로 제작되어야 하며, 기타 열응력 및 열수축에 강하고, 열침입을 막을 수 있는 독특한 단열패널 구조로 설계되어야 한다. 이러한 액화가스 수송선박의 화물창은 그 구조에 따라 독립형(self-supporting) 방식과 멤브레인(membrane) 방식으로 구분할 수 있다.
화물창은 선체의 변형으로부터 안정성을 보장받아야 한다. 선체는 중력과 부력의 부분적 불균등에 따라 발생하는 선체의 휨(deflection) 현상인 호깅(hogging) 또는 새깅(sagging)이 발생한다. 그러나 종래의 화물창은 단열패널의 전면이 선체와 접착 등으로 연결되어 선체의 변형이 단열패널에 응력으로서 작용하였다. 따라서 단열패널의 구조적 안정성이 떨어지는 문제가 있었다.
한국 공개특허공보 2010-0124552호에는 액화천연가스 운반선의 화물창이 개시되어 있다.
한국 공개특허공보 2010-0124552호(2010. 11. 29. 공고)
본 발명의 실시 예는 선체의 변형에 따른 단열패널의 응력을 저감할 수 있는 액화가스 수송선박의 화물창을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 외벽에 단열패널을 결합하는 액화가스 수송선박의 화물창에 있어서, 상기 단열패널과 외벽 사이에는 외벽과 접착되는 접착부와 외벽과 접착되지 않는 비접착부를 포함하는 보조패널이 마련되고, 상기 접착부는 상기 보조패널의 중앙부에 위치하고, 상기 접착부를 둘러싸는 상기 보조패널의 외곽부에 상기 비접착부가 위치하는 액화가스 수송선박의 화물창이 제공될 수 있다.
상기 접착부는 줄 또는 스트립 형상의 접착부재가 상기 단열패널의 경계선에 나란하도록 배치되는 액화가스 수송선박의 화물창이 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 단열패널; 상기 단열패널 하부에 마련되는 보조패널; 상기 보조패널과 외벽 사이에 마련되고, 상기 보조패널의 중앙부에 위치하여 외벽과 상기 보조패널을 접착하는 접착부재; 상기 보조패널과 외벽 사이에 마련되고, 상기 보조패널의 외곽부에 위치하며, 탄성력을 구비하는 탄성부재; 및 상기 보조패널의 가장자리부에 위치하며, 외벽과 상기 단열패널을 결합하는 결합유닛;을 포함하는 액화가스 수송선박의 화물창이 제공될 수 있다.
상기 탄성부재는 상기 보조패널과 결합하지만 외벽과는 결합하지 않는 액화가스 수송선박의 화물창이 제공될 수 있다.
상기 접착부재와 상기 탄성부재는 줄 또는 스트립 형상이고, 상기 탄성부재는 외벽과의 사이에 시트를 포함하여 외벽과 부착되지 않는 액화가스 수송선박의 화물창이 제공될 수 있다.
상기 탄성부재는, 상기 보조패널에 결합하는 헤드부; 상기 헤드부에 결합하는 스프링; 및 외벽에 결합되어 상기 스프링과의 소음 또는 마찰을 저감시키는 베이스;를 포함하는 액화가스 수송선박의 화물창이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 액화가스 수송선박의 화물창은 단열패널의 하부에 마련되는 보조패널이 선체와 결합되지 않는 비접착부를 구비하여 선체의 변형에 의한 단열패널의 응력을 저감할 수 있다.
또한, 비접착부에 탄성부재를 마련하여 화물창의 하중을 견디면서도 선체의 변형에 의한 단열패널의 응력을 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 수송선박의 화물창을 나타낸 저면도이다.
도 2는 도 1의 A-A 선에 대한 단면도이다.
도 3은 도 2의 C 부분의 확대도이다.
도 4는 가장자리부의 결합유닛을 나타내는 결합도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 수송선박의 화물창을 나타낸 저면도이다.
도 6은 도 5의 탄성부재의 일 예를 나타내는 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 수송선박의 화물창을 나타낸 저면도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 수송선박의 화물창을 나타낸 저면도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 수송선박의 화물창을 나타낸 저면도이고, 도 2는 도 1의 A-A 선에 대한 단면도이며, 도 3은 도 2의 C 부분의 확대도이다.
액화천연가스 수송선박의 화물창은 액화가스가 수용되는 수용공간을 둘러싸는 주방벽(110), 주방벽(110)을 둘러싸는 단열패널 어셈블리(100), 및 이를 둘러싸는 외벽(10)을 포함한다.
외벽(10)은 선체(hull)로 이루어지는 것이 보통이며, 단열패널 어셈블리(100)는 단열성능 향상, 기밀성 향상을 위해 2단의 단열패널(120, 140)이 적층되는 구조로 되어 있는 것이 보통이다. 또한 주방벽(110)이 파괴되었을 경우를 대비하여, 하부 단열패널(140)과 상부 단열패널(120) 사이에는 보조방벽(130)이 설치되게 된다. 이 때 보조방벽(130)의 설치 및 상, 하 단열패널(120, 140)의 결합을 용이하게 하기 위해 보조방벽(130)의 상, 하에는 보조패널이 설치될 수 있다.
단열패널(120, 140)은 일반적으로 폴리우레탄 폼 등과 같이 단열성능이 우수하면서도 경량인 재료가 이용된다. 더불어 단열패널(120, 140)은 화물창 내부에 수송되는 액화천연가스의 슬로싱(Sloshing, 출렁거림)에 의해 전달되는 충격에 의한 파손을 방지하여야 한다.
슬로싱(Sloshing)이란, 선박이나 부유식 구조물이 다양한 해상 상태에서 운동할 때 화물창 내에 수용된 액체 상태의 물질이 유동하는 현상을 말한다. 화물창 내부의 일부 영역에만 액체가 차 있을 경우, 액체의 유동에 의한 슬로싱에 의해 화물창 벽면과 천장에 위치하는 단열패널(120, 140)은 심한 충격을 받게 되며 이를 슬로싱 충격(Sloshing impact)이라 한다. 상기 슬로싱 현상은 선박 운항 중 선박의 동적 움직임에 의해 필연적으로 발생하는 것으로, 화물창은 슬로싱에 의한 하중을 견디기 위해 충분한 강도를 가지도록 설계되어야 한다.
하부 단열패널 구조체는 하부 단열패널(140)과 상기 단열패널(140) 하부에 마련되는 보조패널(150)을 포함할 수 있다. 보조패널(150)은 일 예로 플라이우드(Flywood)가 사용될 수 있으며, 단열패널 어셈블리(100)와 외벽(10)을 결합하기 위한 매개체로 사용된다. 하부 단열패널 구조체와 외벽(10)은 접착에 의해 결합할 수 있다. 이 때, 슬로싱에 의한 하중을 견디기 위해 하부 단열패널 구조체와 외벽(10)은 탄성을 가지는 접착물질인 매스틱(200)(Mastic) 등에 의해 결합될 수 있다. 매스틱(200)은 하부 단열패널 구조체가 외벽(10)과 이탈되는 것을 방지하여 화물창이 견고하게 고정되도록 하면서도 슬로싱 충격으로부터 단열패널(120, 140)을 보호할 수 있다.
화물창은 슬로싱 충격 이외에도 새깅(Sagging) 또는 호깅(Hogging) 등의 선체의 휨 변형에 영향을 받는다. 새깅 또는 호깅은 중력과 부력의 부분적 불균등에 따라 생기는 선체의 휨(Deflection)을 말하며, 선체의 휨의 영향으로 매스틱(200)에 부착된 하부 단열패널 구조체에 응력 집중이 발생하게 된다. 응력이 단열패널(120, 140)에 누적되어 파손에 이르는 경우 단열효율이 감소되고 화물창의 기밀성이 약해지게 된다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 수송선박의 화물창은 외벽(10)과 단열패널 어셈블리(100) 사이에 도포하는 매스틱(200)의 도포 위치와 도포 면적을 효율적으로 조절하여 슬로싱 하중으로부터 단열패널(120, 140)을 보호하면서도 선체의 휨으로부터 단열패널(120, 140)에 전달되는 응력을 최소화할 수 있다. 선체의 휨에 의한 응력 전달을 최소화하기 위해서는 매스틱(200)을 하부 단열패널 구조체의 중앙부에 도포할 수 있다.
도 1에는 줄 또는 스트립 형상의 매스틱(200)이 보조패널(150) 하부에 일정 간격을 두고 배치되어 있는 화물창의 저면도가 도시되어 있다. 이 때 중앙부에 빗금친 영역(B)은 외벽(10)과 부착되는 접착부를 나타내고, 상기 접착부(B)를 둘러싸는 영역은 외벽(10)과 부착되지 않는 비접착부를 나타낸다. 비접착부에도 매스틱(200)을 도포하는 이유는 슬로싱 충격으로부터 단열패널(120, 140)을 보호하기 위함이다. 즉, 선체에 휨이 발생하지 않은 경우에 외벽(10)과 하부 단열패널 구조체는 밀착하여 슬로싱에 의한 충격과 화물창 하중에 의한 응력이 매스틱(200)을 통하여 감쇄될 수 있다. 그러나 선체에 휨이 발생하는 경우에는 비접착부가 외벽(10)에 구속되어 있지 않기 때문에 선체의 휨에 따른 응력이 단열패널 어셈블리(100)에 전달되지 않는다.
위와 같이 하부 단열패널 구조체(더 자세하게는 보조패널(150))의 전 면적이 외벽(10)과 부착되는 것과 비교하여 중앙부에만 접착부(B)가 마련되는 것이 향상된 효과를 가져올 수 있다. 다만, 접착부(B)의 면적이 필요 이상으로 적어지면 선체의 휨에 따라 하부 단열패널 구조체와 외벽(10) 사이에 갭(Gap)이 발생하여 오히려 단열패널(120, 140)에 응력을 유발할 수 있다. 이를 방지하기 위하여 하부 단열패널 구조체의 가장자리부에 결합유닛(400)을 마련하여 외벽(10)과 하부 단열패널 구조체가 분리되는 것을 방지한다.
한편, 화물창의 하중 및 슬로싱에 의한 충격으로부터 단열패널(120, 140)을 보호하면서도 선체의 휨에 의한 응력이 단열패널(120, 140)에 전달되는 것을 최소화할 수 있는 접착부(B)의 위치는 하부 단열패널 구조체의 중앙부인 것을 실험을 통하여 확인하였다. 선체의 휨은 어느 방향으로도 일어날 수 있기 때문에 외벽(10)과 구속되지 않는 주변부는 접착부(B)를 둘러싸고 있는 것이 바람직하다.
또한, 화물창의 하중 및 슬로싱에 의한 충격으로부터 단열패널(120, 140)을 보호하면서도 선체의 휨에 의한 응력이 단열패널(120, 140)에 전달되는 것을 최소화할 수 있는 접착부(B)의 접착영역은, 접착부(B)의 일 방향 길이가 하부 단열패널 구조체의 일 방향 길이의 0.35 내지 0.45 범위 내에 위치할 때인 것을 실험을 통하여 확인하였다.
도 3에 도시된 바와 같이, 비접착부는 매스틱(200)과 외벽(10)과의 사이에 시트(210)를 포함하여 외벽(10)과 매스틱(200)이 부착되는 것을 방지할 수 있다. 이 때 매스틱(200)이 외벽(10)과 부착되고 매스틱(200)과 보조패널(150) 사이에 시트(210)가 마련되는 것을 포함한다. 비접착부에 접착부(B)와 마찬가지로 매스틱(200)을 이용하는 이유는 작업 편의를 위한 것이다. 따라서 매스틱(200)이 아닌 탄성을 가지는 부재를 이용하는 것이 가능하다. 이 때 탄성부재는 외벽(10) 또는 보조패널(150)의 일측에 고정될 수 있다. 탄성부재의 일 예로 멜라민 폼(Melamine Foam)이 사용될 수 있다. 탄성부재에 대하여는 도 5에서 다시 설명하도록 한다.
도 4는 가장자리부의 결합유닛(400)을 나타내는 결합도이다. 결합유닛(400)은 선체에 휨이 발생할 때 하부 단열패널 구조체와 외벽(10) 사이에 허용 범위 이상의 갭이 발생하는 것을 방지하기 위한 것이다. 결합유닛(400)은 하부 단열패널 구조체의 가장자리부에 마련될 수 있다.
하부 단열패널 구조체의 가장자리부는 외벽(10)과 기계적으로 결합될 수 있다. 외벽(10)에는 스터드볼트(11)가 부착되어 있다. 하부 단열패널 구조체의 가장자리부에는 스터드볼트(11)와 결합하기 위한 홀이 형성되어 있으며, 단열패널(140)의 홀의 크기보다 보조패널(150)의 홀의 크기가 더 작기 때문에 보조패널(150) 상에 와셔(410)와 너트(430)를 삽입하여 하부 단열패널 구조체와 스터드볼트(11)를 견고하게 결합할 수 있다. 이 때 보조패널(150)과 너트(430) 사이에 탄성을 가지는 스프링와셔(420)가 포함될 수 있다. 스프링와셔(420)는 선체의 변형에 따라 하부 단열패널 구조체가 능동적으로 반응하면서도 스터드볼트(11)와의 결합을 견고하게 유지할 수 있도록 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 수송선박의 화물창을 나타낸 저면도이고, 도 6은 도 5의 탄성부재의 일 예를 나타내는 분해 사시도이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 수송선박의 화물창은 비접착부에 줄 또는 스트립 형상의 매스틱 대신에 탄성부재(220, 300)를 포함할 수 있다. 도 5 및 도 6에는 탄성부재(220, 300)의 일 예로 둥근 형상을 도시하였으나, 탄성부재(220, 300)의 형상은 이에 한정되지 않는다.
탄성부재(220, 300)는 화물창의 하중과 슬로싱 충격 등을 지지할 수 있도록 탄성계수를 가진다. 일 예로 스프링(320)을 포함할 수 있다. 스프링(320)을 보조패널(150)에 결합하기 위하여 보조패널(150) 하부에 결합되는 헤드부(310)를 포함하며, 스프링(320)은 헤드부(310)에 결합한다. 헤드부(310)는 볼트 또는 리벳 등에 의하여 보조패널(150)에 기계적 결합하거나 접착제에 의하여 부착 결합할 수 있다.
스프링(320)의 일 단은 보조패널(150)과 결합하지만 타 단은 외벽(10)과 결합하지 않을 수 있다. 따라서 하부 단열패널 구조체를 외벽(10)과 결합하는 공정이 단순화될 수 있다.
스프링(320)이 외벽(10)과 접촉하는 부위에는 베이스(330)가 마련될 수 있다. 베이스(330)는 외벽(10)에 고정될 수 있다. 베이스(330)가 금속으로 이루어지는 경우 금속 재질의 외벽(10)과 용접에 의해 결합될 수 있다. 베이스(330)는 스프링(320)과의 소음 또는 마찰을 저감하는 패드(340)를 포함할 수 있다. 패드(340)는 섬유재질 등으로 이루어 질 수 있으며 베이스(330) 또는 외벽(10)과 접착에 의해 고정될 수 있다.
스프링(320)은 슬로싱 충격이나 선체의 변형에 의하여 압축과 신장을 반복하면서 외벽(10) 또는 베이스(330)와 계속적인 마찰이 이루어 진다. 이 때에 마찰에 의해 소음이 발생하며 스프링(320) 등의 내구성이 약해질 수 있다. 패드(340)는 상기 스프링(320)과 베이스(330) 또는 스프링(320)과 외벽(10)의 사이에 마련되어 마찰을 저감함으로써 소음을 줄이고 내구성을 향상시킬 수 있게 된다.
도면에 도시하지는 않았지만 헤드부(310) 또는 베이스(330)는 스프링(320)을 안내하는 안내부를 구비할 수 있다. 안내부는 스프링(320)이 수직 방향으로만 압축과 신장할 수 있도록 안내하는 역할을 한다.
스프링(320)은 타 단이 외벽(10)과 결합하는 것을 포함한다. 이 경우 스프링(320)의 타 단이 베이스(330)와 결합하고 베이스(330)가 용접 등에 의해 외벽(10)과 결합할 수 있다. 이 때 스프링(320)과 베이스(330) 사이에 마찰이 발생하지 않기 때문에 패드(340)가 삽입되지 않아도 무방하다.
도 6에 도시된 탄성부재(300)와 달리, 도 5는 둥근 형상으로 마련되는 매스틱 패치(220)(Mastic Patch)일 수 있다. 이 때 매스틱 패치(220)의 일 단에는 시트(미도시)가 부착되어 한 면만이 보조패널(150) 또는 외벽(10)에 부착된다. 도 5에 도시된 것과 비슷하게 매스틱 패치(220)의 일 단은 보조패널(150)에 부착되고 타 단에는 시트(미도시)가 부착되어 외벽(10)에 부착되지 않을 수 있다. 매스틱 패치(220)의 형상은 둥근 형상에 한정되지 않는다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 수송선박의 화물창을 나타낸 저면도이다. 외곽부에 마련되는 탄성부재(221)는 교번적으로 마련될 수 있다. 도 5와 도 7을 비교하면 도 7에 도시된 제3 실시예에 따른 액화가스 수송선박의 화물창이 더 큰 탄성부재(221)를 사용하는 대신 사용되는 탄성부재(220)의 수를 절반 가까지 줄일 수 있는 것을 알 수 있다. 제2 실시예와 비교할 때 화물창의 하중이나 충격을 흡수하는 능력은 비슷하면서도 더 적은 수의 탄성부재(221)를 보조패널(150)에 부착함으로써 공수를 절감할 수 있는 효과를 가져올 수 있다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 수송선박의 화물창을 나타낸 저면도이다. 도 1은 줄 또는 스트립 형상의 매스틱(200)이 한 방향으로 나란하게 배치되어 있는 것을 도시하나, 도 8은 줄 또는 스트립 형상의 매스틱(201)이 보조패널(150)의 경계선에 나란하게 배치되는 것을 도시한다. 보조패널(150)은 보통 사각형 형상을 하는 것이 일반적이므로 접착부의 매스틱(201) 뿐만 아니라 비접착부의 매스틱(222) 역시 크기가 다른 사각형 형상을 하면서 서로 이격되어 배치되어 있다.
도 8과 달리 접착부의 매스틱(201)만이 보조패널(150)의 경계선에 나란하게 배치되고 비접착부의 매스틱(미도시)은 한 반향으로 나란하게 배치될 수 있다. 접착부의 매스틱(201)을 보조패널(150)의 경계선에 나란하게 배치함으로써 선체의 변형에 의해 보조패널(150)에 작용하는 응력이 박리력으로 작용하는 경우, 어느 방향에서 박리력이 작용하더라도 매스틱(201)이 보조패널(150) 또는 외벽(10)으로부터 박리되는 것을 방지할 수 있게 된다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10: 외벽, 11: 스터드볼트,
100: 단열패널 어셈블리, 110: 주방벽,
120: 상부 단열패널, 130: 보조방벽,
140: 하부 단열패널, 150: 보조패널,
200: 매스틱, 210: 시트,
220: 매스틱 패치, 300: 탄성부재,
310: 헤드부, 320: 스프링,
330: 베이스, 340: 패드,
400: 결합유닛, 410: 와셔,
420: 스프링와셔, 430: 너트

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 단열패널;
    상기 단열패널 하부에 마련되는 보조패널;
    상기 보조패널과 외벽 사이에 마련되고, 상기 보조패널의 중앙부에 위치하여 외벽과 상기 보조패널을 접착하는 접착부재;
    상기 보조패널과 외벽 사이에 마련되고, 상기 보조패널의 외곽부에 위치하며, 탄성력을 구비하는 탄성부재; 및
    상기 보조패널의 가장자리부에 위치하며, 외벽과 상기 단열패널을 결합하는 결합유닛;을 포함하는 액화가스 수송선박의 화물창.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 탄성부재는 상기 보조패널과 결합하지만 외벽과는 결합하지 않는 액화가스 수송선박의 화물창.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 접착부재와 상기 탄성부재는 줄 또는 스트립 형상이고,
    상기 탄성부재는 외벽과의 사이에 시트를 포함하여 외벽과 부착되지 않는 액화가스 수송선박의 화물창.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 탄성부재는,
    상기 보조패널에 결합하는 헤드부;
    상기 헤드부에 결합하는 스프링; 및
    외벽에 결합되어 상기 스프링과의 소음 또는 마찰을 저감시키는 베이스;를 포함하는 액화가스 수송선박의 화물창.
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