KR102508477B1 - 극저온 유체 저장 탱크의 단열 구조체 및 단열 구조체 설치 방법 - Google Patents

극저온 유체 저장 탱크의 단열 구조체 및 단열 구조체 설치 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 극저온 유체 저장 탱크의 단열 구조체 및 단열 구조체 설치 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 단열보드 각각에 대응하는 위치에 단위 멤브레인을 설치하되, 이웃하는 단위 멤브레인을 단열보드 사이의 이격 공간 상부에 중첩되도록 설치함으로써, 단위 멤브레인과 단열보드 사이의 용접을 위한 스트립 설치를 최소화하고, 단열보드의 높이 단차에 의한 단위 멤브레인에 발생하는 응력 집중 현상을 최소화하는 극저온 유체 저장 탱크의 단열 구조체 및 단열 구조체 설치 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 극저온 유체 저장 탱크의 단열 구조체는 극저온 유체 저장 공간을 단열하기 위해 저장 탱크 내벽에 결합되는 단열 구조체에 있어서, 상기 저장 탱크 내벽 위에 서로 이격되게 배치되는 복수의 단열보드; 및 상기 단열보드 각각에 대응되는 위치에 설치되는 단위 멤브레인;을 포함하며, 이웃하는 상기 단위 멤브레인은 가장자리 부분이 서로 중첩되도록 설치되며, 상기 단위 멤브레인의 중첩된 부분은 이웃하는 상기 단열보드 사이의 이격 공간 상부에 위치할 수 있다.

Description

극저온 유체 저장 탱크의 단열 구조체 및 단열 구조체 설치 방법{HEAT INSULATION STRUCTURE FOR CRYOGENIC LIQUID STORAGE TANK AND INSTALLATION METHOD THEREOF}
본 발명은 극저온 유체 저장 탱크의 단열 구조체 및 단열 구조체 설치 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 단열보드 각각에 대응하는 위치에 단위 멤브레인을 설치하되, 이웃하는 단위 멤브레인을 단열보드 사이의 이격 공간 상부에 중첩되도록 설치함으로써, 단위 멤브레인과 단열보드 사이의 용접을 위한 스트립 설치를 최소화하고, 단열보드의 높이 단차에 의한 단위 멤브레인에 발생하는 응력 집중 현상을 최소화하는 극저온 유체 저장 탱크의 단열 구조체 및 단열 구조체 설치 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 멤브레인 형 액화 천연가스 운반선의 화물창은 -163도의 액화 천연 가스를 해상에서 이송하기 때문에 극저온 열 하중 및 선박의 운동 및 선체의 변형에 기인하는 하중을 포함한 정/동적 하중에 노출되며 액화천연가스를 안전하게 이송하기 위해 고도의 기술이 요구된다.
액화천연가스 저장 탱크는 액화천연가스 저장 탱크 내측으로부터 외측으로 배치되는 1차 방벽, 상부 단열보드, 2차 방벽 및 하부 단열보드 등을 포함하며, 선체의 내부에 결합된다.
이러한 액화천연가스 저장 탱크는 선체의 내부에 복수의 하부 단열보드를 결합시키고, 복수의 하부 단열보드 위에 2차 방벽을 설치하고, 2차 방벽 위에 상부 단열보드 및 1차 방벽을 설치하는 과정을 통해 제작된다.
예를 들어 종래의 액화천연가스 저장 탱크를 제작하는 방법을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 작업자는 하부 단열보드와 주 2차 방벽 및 상부 단열보드가 일체로 형성된 단열보드를 서로 이웃하여 내부 선체에 결합시킨다. 그리고 작업자는 하부 단열보드 위의 주 2차 방벽 위 및 상부 단열보드 사이 공간에 보조 2차 방벽 및 연결보드를 설치한다. 그리고 상부 단열보드와 연결보드 위에 1차 방벽을 설치한다.
이러한 단열을 위한 구성 요소 중, 예컨대, 1차 방벽, 즉 복수 개의 단위 멤브레인은 상부 단열보드 위에 설치된 앵커 스트립 상에 용접을 통해 설치되기 때문에 상부 단열보드와 단위 멤브레인은 서로 엇갈리게 배치될 수 밖에 없다.
도 1은 종래의 기술에 따른 극저온 유체 저장 탱크의 단열 구조체를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 액화천연가스 저장 탱크 내벽에 단열보드를 설치할 시에, 단열보드(10)와 단열보드(10) 사이에 일정 간격의 갭을 유지한 상태로 고정부재에 의해 단열보드(10)가 설치되며, 단열보드(10)의 상부에 SUS 재질의 앵커 스트립(30)을 설치하고 앵커 스트립(30) 상부에 단위 멤브레인(20)을 배치하여 앵커 스트립(30)과 단위 멤브레인(20)이 용접으로 고정되도록 한다.
이와 같이, 단열보드(10)와 멤브레인(20)이 서로 엇갈리게 배치를 가질 경우, 액화천연가스 저장 탱크의 코너 부분에서 스페셜한 타입의 멤브레인이 따로 제작되어 설치되어야 하고, 이로 인해 생산 단가가 높아지는 문제점이 있다.
한편, 선박의 운동 및 선체의 변형에 기인하는 하중을 포함한 정/동적 하중에 노출되어 단열보드 사이의 높이 단차가 발생하여 1차 방벽에 응력 집중 현상이 발생하는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2013-0005539호(2013.01.16)
기존 단열보드의 경우 선체 변형에 의해 단열보드 간 높이 단차가 발생하게 되고, 그 위에 위치해 있는 멤브레인 중 주름(corrugation)이 존재하지 않는 평평한 부분의 아랫면에 빈 공간이 생기게 되어 단열보드가 단위 멤브레인을 제대로 받쳐주지 못하는 상황이 발생하게 된다. 이러한 상황에서 여러 하중을 받게 되면 높이 단차에 의해 생기는 불연속적인 부분에서 큰 응력이 발생하게 된다.
도 2는 종래의 기술에 따른 극저온 유체 저장 탱크의 단열 구조체의 단열 보드를 도시한 도면이고, 도 3은 종래의 기술에 따른 극저온 유체 저장 탱크의 단열 구조체에서 단열보드 간의 높이 단차에 따른 멤브레인 응력 발생을 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 이웃하는 단열보드(10) 사이에 이격 간격(15)이 있으며, 선박의 운동 및 선체의 변형에 기인하는 하중 등으로 인하여 단열보드(10) 사이의 높이 단차가 발생하고, 이로 인해 멤브레인(20) 즉, 1차 방벽이나 2차 방벽에 높이 단차에 의한 응력이 집중되는 부분(A)이 발생하게 된다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 단열보드 각각에 대응하는 위치에 단위 멤브레인을 설치하되, 이웃하는 단위 멤브레인을 단열보드 사이의 이격 공간 상부에 중첩되도록 설치함으로써, 단위 멤브레인과 단열보드 사이의 용접을 위한 스트립 설치를 최소화하고, 단열보드의 높이 단차에 의한 단위 멤브레인에 발생하는 응력 집중 현상을 최소화하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 극저온 유체 저장 공간을 단열하기 위해 저장 탱크 내벽에 결합되는 단열 구조체에 있어서, 상기 저장 탱크 내벽 위에 서로 이격되게 설치되는 복수의 단열보드; 및 상기 단열보드 각각에 대응되는 위치에 설치되는 단위 멤브레인;을 포함하며, 이웃하는 상기 단위 멤브레인은 가장자리 부분이 서로 중첩되도록 설치되며, 상기 단위 멤브레인의 중첩된 부분은 이웃하는 상기 단열보드 사이의 이격 공간 상부에 위치되는, 극저온 유체 저장 탱크의 단열 구조체를 제공한다.
상기 단열보드의 적어도 일측에는 스트립이 설치되며, 상기 단위 멤브레인의 중첩된 부분에서 아래측 멤브레인이 스트립과 용접되는 것이 바람직하다.
상기 스트립은 상기 단열보드의 상부에 설치된 플라이우드와 체결 부재에 의해 체결되는 것이 바람직하다.
상기 단열보드 상부에 설치된 플라이우드는 단차지게 형성되는 단차부;를 포함하며, 상기 단차부는 상부표면에서 단차지게 형성되는 단차면;을 포함하며, 상기 단차면 상부에 상기 스트립이 설치되는 것이 바람직하다.
상기 상부표면과 상기 단차면의 높이차는 상기 스트립의 두께와 대응되는 치수인 것이 바람직하다.
상기 단위 멤브레인은 서로 교차하지 않는 주름부를 포함하며, 상기 주름부는 제1 주름부 및 제2 주름부를 포함하는 것이 바람직하다.
이웃하는 상기 단위 멤브레인의 제1 주름부 끼리 또는 제2 주름부 끼리 서로 중첩되게 설치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 극저온 유체 저장 공간을 단열하기 위해 저장 탱크 내벽에 결합되는 단열 구조체의 설치 방법에 있어서, 상기 저장 탱크 내벽 위에 하부 단열보드를 설치하는 제1 단계; 상기 하부 단열보드 상부에 하부 단위 멤브레인을 설치하는 제2 단계; 상기 하부 단위 멤브레인 상부에 상부 단열보드가 서로 이격되게 설치되는 제3 단계; 상기 상부 단열보드 상부에 스트립을 설치하는 제4 단계; 및 상기 상부 단열보드 각각에 대응되는 위치에 상부 단위 멤브레인을 설치하는 제5 단계;를 포함하며, 상기 제5 단계는, 이웃하는 상기 상부 단위 멤브레인의 가장자리 부분이 서로 중첩되도록 설치되는, 극저온 유체 저장 탱크의 단열 구조체 설치 방법을 제공한다.
상기 제4 단계에서 상기 스트립은 상기 상부 단열보드가 단차지게 형성되는 단차부에 설치되는 것이 바람직하다.
상기 제5 단계에서 상기 상부 단위 멤브레인의 서로 중첩된 부분은 이웃하는 상기 상부 단열보드 사이의 이격 공간 상부에 위치되도록 설치되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 단열보드 각각에 대응하는 위치에 단위 멤브레인을 설치하되, 이웃하는 단위 멤브레인을 단열보드 사이의 이격 공간 상부에 중첩되도록 설치함으로써, 단위 멤브레인과 단열보드 사이의 용접을 위한 스트립 설치를 최소화하고, 단열보드의 높이 단차에 의한 단위 멤브레인에 발생하는 응력 집중 현상을 최소화하는 효과가 있다.
또한, 상기와 같은 구조에 의해, 단위 멤브레인의 하부 표면을 빈 공간 없이 다리 부재가 균일하게 받쳐주는 형태로 변형될 수 있으므로, 큰 응력이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 특히 슬로싱 하중에도 취약해 지는 것을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 극저온 유체 저장 탱크의 단열 구조체를 도시한 도면이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 극저온 유체 저장 탱크의 단열 구조체의 단열 보드를 도시한 도면이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 극저온 유체 저장 탱크의 단열 구조체에서 단열보드 간의 높이 단차에 따른 멤브레인 응력 발생을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 극저온 유체 저장 탱크의 단열 구조체의 사시도를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 극저온 유체 저장 탱크의 단열 구조체의 멤브레인 중첩을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 극저온 유체 저장 탱크의 단열 구조체의 측면도를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 극저온 유체 저장 탱크의 단열 구조체의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대해 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 실시례에 따르면, LNG 저장 탱크는 극저온의 유체, 예컨대 LNG가 저장되는 저장탱크이며, 이 저장탱크의 내벽에는 내부를 밀봉하는 복수의 단위 멤브레인이 용접된 1차 방벽이 설치된다.
즉, 저장탱크에는 내부를 단열하기 위한 단열구조가 마련되며, 이러한 단열구조 중 LNG와 직접 접촉하는 1차 방벽으로 멤브레인이 사용될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 극저온 유체 저장 탱크의 단열 구조체의 사시도를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 극저온 유체 저장 탱크의 단열 구조체의 멤브레인 중첩을 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 극저온 유체 저장 탱크의 단열 구조체의 측면도를 도시한 도면이다.
도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 극저온 유체 저장 탱크의 단열 구조체는 극저온 유체 저장 공간을 단열하기 위해, 저장 탱크 내벽 위에 서로 이격되게 설치되는 복수의 단열보드(110), 및 단열보드(110) 각각에 대응되는 위치에 설치되는 단위 멤브레인(120)을 포함하며, 이웃하는 단위 멤브레인(120)은 가장자리 부분이 서로 중첩되도록 설치되며, 단위 멤브레인(120)의 중첩된 부분은 이웃하는 단열보드(110) 사이의 이격 공간(115) 상부에 위치될 수 있다.
종래에 단위 멤브레인은 단열보드 위에 설치된 앵커 스트립 상에 용접을 통해 설치되기 때문에 단열보드와 단위 멤브레인은 서로 엇갈리게 배치될 수 밖에 없어서, 코너부에 스페셜한 타입의 멤브레인이 따로 제작되어 설치되어야 했으나, 본 발명에서는 단열보드(110) 각각에 대응되는 위치에 단위 멤브레인(120)을 설치함으로써, 최대한 표준 멤브레인과 단열보드을 사용할 수 있도록 하여 생산단가를 낮출 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 선박의 운동 및 선체의 변형에 기인하는 하중 등에 기인하여 단열보드(10) 사이의 높이 단차가 발생하고, 이로 인해 멤브레인 즉, 1차 방벽이나 2차 방벽에 높이 단차에 의한 응력이 집중되는 부분(A)이 발생하게 된다.
따라서, 복수의 단위 멤브레인이 용접된 1차 방벽에 발생하는 응력을 최소화하기 위해 이웃하는 단위 멤브레인(120)은 가장자리 부분이 서로 중첩되도록 설치되며, 단위 멤브레인(120)의 중첩된 부분은 이웃하는 단열보드(110) 사이의 이격 공간(115) 상부에 위치될 수 있다. 단위 멤브레인(120)의 중첩된 부분의 길이(L)는 이격 공간의 가로 길이(M)와 같거나 크게 형성될 수 있다.
한편, 단위 멤브레인(120)의 중첩된 부분에서 아래측 멤브레인만 스트립(130)에 스팟(spot) 용접되므로, 단열보드(110)의 상부 네 가장자리부 중 두 가장자리부에만 스트립이 설치되어도 된다. 즉, 종래에 단위 멤브레인을 용접 고정하기 위한 스트립이 단열보드의 상부 네 가장자리부 측에 설치되는 것과 달리 두 가장자리부 측에만 스트립(130)을 설치해도 되므로 스트립 설치 면적을 크게 감소시킬 수 있다.
단열보드(110) 상부와 하부에는 플라이우드(111,112)로 제작되며, 단열보드(110) 상부에 설치된 플라이우드(111)에는 단차지게 형성되는 단차부를 포함하며, 단차부는 상부표면(113)에서 단차지게 형성되는 단차면(114)을 형성하여, 단차면(114) 상부에 스트립(130)이 설치될 수 있고, 스트립(130)은 단열보드(110)의 상부에 설치된 플라이우드(111)와 리벳이나 스크류와 같은 체결 부재에 의해 체결될 수 있다.
상부표면(113)과 단차면(114)의 높이차는 단열보드(110)의 상부 플라이우드(111) 두께의 1/3 ~ 1/2 정도로 가공되는 것이 바람직하며, 상부표면(113)과 단차면(114)의 높이차는 스트립의 두께(S1)와 실질적으로 동일하거나 대응되는 치수일 수 있다. 여기서 높이가 동일하다는 것은 높이에 미차가 있는 경우도 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 단위 멤브레인(120)은 서로 교차하지 않는 주름부를 포함하며, 주름부는 제1 주름부(121) 및 제2 주름부(122)를 포함할 수 있다. 단위 멤브레인(120)의 가장자리가 서로 중첩될 경우, 이웃하는 단위 멤브레인(120)의 가장자리에 위치한 제1 주름부(121) 끼리 또는 제2 주름부(122) 끼리 서로 중첩되도록 설치될 수 있다.
이와 같이 단열보드(110)의 단차부에 스트립(130)이 설치되며, 단열보드(110) 상부에는 단위 멤브레인(120)이 각각 대응되는 위치에 설치되되, 단위 멤브레인(120)의 가장자리 부분이 서로 중첩되도록 설치되며, 단위 멤브레인(120)의 중첩된 부분에서 스트립(130)과 맞닿아 있는 단위 멤브레인(120)은 스트립(130)과 용접되어 고정될 수 있으며, 윗측의 단위 멤브레인(120)은 아래측 단위 멤브레인(120)과 용접될 수 있다.
단위 멤브레인(120)이 스트립(130)에 용접될 수 있도록, 스트립(130)은 스테인리스 강 재질일 수 있으며, 스트립(130)이 상부 플라이우드(111)의 단차부에 설치됨으로써 단열보드(110) 상단이 평평하게 형성될 수 있다.
상기와 같이 단열보드(110) 사이의 이격 공간(115) 상부에 단위 멤브레인(120)이 중첩되도록 설치됨으로써, 단열보드(110) 사이에서 단열보드(110)를 연결하는 다리 역할을 함과 동시에 단열보드(110)와 단열보드(110) 사이를 최대한 연속적으로 만들어 줌으로써 단위 멤브레인(120)이 서로 용접된 제1차 방벽에 발생하는 응력을 최소화 할 수 있다.
한편, 극저온 유체 저장 공간을 단열하기 위해 저장 탱크 내벽에 결합되는 단열 구조체의 설치 방법을 설명하면 다음과 같다.
일반적으로 단열보드는 상부 단열보드와 하부 단열보드를 포함하고 단위 멤브레인은 상부 단위 멤브레인과 하부 단위 멤브레인을 포함하고 있으나, 상기에서는 이를 구분하지 않고 설명하였으며, 하기에서는 단열 구조체의 설치 방법을 설명하기 위해 이를 구분하여 설명한다.
극저온 유체 저장 공간을 단열하기 위해 저장 탱크 내벽에 결합되는 단열 구조체의 설치 방법은, 저장 탱크 내벽 위에 하부 단열보드(140)를 설치하는 제1 단계, 하부 단열보드(140) 상부에 하부 단위 멤브레인(141)을 설치하는 제2 단계, 하부 단위 멤브레인(141) 상부에 상부 단열보드가 서로 이격되게 설치되는 제3 단계, 상부 단열보드 상부에 스트립(130)을 설치하는 제4 단계, 및 상부 단열보드 각각에 대응되는 위치에 상부 단위 멤브레인을 설치하는 제5 단계를 포함할 수 있으며, 제5 단계는 이웃하는 상부 단위 멤브레인의 가장자리 부분이 서로 중첩되도록 설치될 수 있다.
제4 단계에서 스트립(130)은 상부 단열보드가 단차지게 형성되는 단차부에 설치될 수 있다.
제5 단계에서 상부 단위 멤브레인의 서로 중첩된 부분은 이웃하는 상부 단열보드 사이의 이격 공간(115) 상부에 위치되도록 설치될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서 적용된 극저온 유체 저장 탱크의 단열 구조체는 선박 등에 설치될 수 있으며, 육상에 설치되어 LNG를 저장하거나 보관 또는 운반할 수 있다.
여기서, 선박은 LNG 운반선과 같이 극저온 상태로 적재되는 액체 화물인 LNG 등을 저장하는 저장탱크를 가지면서 유동이 발생하는 해상에서 부유된 채 사용되는 구조물과 선박을 모두 포함하는 개념으로, 예를 들어 LNG-FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading)나 LNG-FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)와 같은 해상 구조물뿐만 아니라 LNG 수송선이나 LNG-SRV(LNG Shuttle and Regasification Vessel)와 같은 선박을 모두 포함하는 것이다.
이와 같은 본 발명에 따른 극저온 유체 저장 탱크의 단열 구조체 및 단열 구조체 설치 방법은 단열보드 각각에 대응하는 위치에 단위 멤브레인을 설치하되, 이웃하는 단위 멤브레인을 단열보드 사이의 이격 공간 상부에 중첩되도록 설치함으로써, 단위 멤브레인과 단열보드 사이의 용접을 위한 스트립 설치를 최소화하고, 단열보드의 높이 단차에 의한 단위 멤브레인에 발생하는 응력 집중 현상을 최소화하는 효과가 있다.
또한, 상기와 같은 구조에 의해, 단위 멤브레인의 하부 표면을 빈 공간 없이 다리 부재가 균일하게 받쳐주는 형태로 변형될 수 있으므로, 큰 응력이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 특히 슬로싱 하중에도 취약해 지는 것을 방지하는 효과가 있다.
본 발명은 상기 실시례에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
110 : 단열보드 111 : 상부 플라이우드
112 : 하부 플라이우드 115 : 이격 공간
120 : 단위 멤브레인 121 : 제1 주름부
122 : 제2 주름부 130 : 스트립

Claims (10)

  1. 극저온 유체 저장 공간을 단열하기 위해 저장 탱크 내벽에 결합되는 단열 구조체에 있어서,
    상기 저장 탱크 내벽 위에 서로 이격되게 설치되는 복수의 단열보드; 및
    상기 단열보드 각각에 대응되는 위치에 설치되는 단위 멤브레인;을 포함하며,
    이웃하는 상기 단위 멤브레인은 가장자리 부분이 서로 중첩되도록 설치되며, 상기 단위 멤브레인의 중첩된 부분은 이웃하는 상기 단열보드 사이의 이격 공간 상부에 위치되며,
    상기 단열보드의 적어도 일측 상부 가장자리부에는 스트립이 설치되며,
    상기 단위 멤브레인의 중첩된 부분에서 아래측 멤브레인이 스트립과 용접되어 상기 단열보드의 상부 네 가장자리부 중 두 가장자리부에만 스트립이 설치되며,
    상기 스트립은 상기 단열보드의 상부에 설치된 플라이우드와 리벳 또는 스크류로 체결되며,
    상기 단열보드 상부에 설치된 플라이우드는 단차지게 형성되는 단차부;를 포함하며,
    상기 단차부는 상부표면에서 단차지게 형성되는 단차면;을 포함하며,
    상기 단차면 상부에 상기 스트립이 설치되며,
    상기 상부표면과 상기 단차면의 높이차는 상기 스트립의 두께와 대응되는 치수이거나, 상기 단열보드의 상부 플라이우드 두께의 1/3 내지 1/2이며,
    상기 단위 멤브레인은 서로 교차하지 않는 주름부를 포함하며,
    상기 주름부는 제1 주름부 및 제2 주름부를 포함하며,
    이웃하는 상기 단위 멤브레인의 제1 주름부 끼리 또는 제2 주름부 끼리 서로 중첩되게 설치되는, 극저온 유체 저장 탱크의 단열 구조체.
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