KR20090116956A - 액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조에 관한 것으로서, 2차 방벽의 단열재를 진공단열패널로 구성하며, 진공단열패널은, 상판과 하판의 사이에 진공 공간을 형성하고, 상판과 하판의 사이에 수직한 지지대가 설치되어 하중을 지지하도록 한 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명에 의하면 진공단열패널을 이용하여 화물창의 일부 또는 전부를 구성함으로써, 종래의 폴리우레탄 폼에 비해 대략 20배 정도의 뛰어난 단열 효과를 가질 수 있으며, 단열층의 두께가 줄어들어 화물창의 저장 공간이 증가하고, 화물창의 무게 감소를 가져와 운송비용을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
Figure P1020080042791
화물창, 단열재, 폴리우레탄 폼, 진공단열,

Description

액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조{INSULATION STRUSTURE TO LNG CARRIER CARGO}
본 발명은 액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 극저온 액체의 저장을 위한 화물창에 이용되는 단열재를 우수한 단열 성능을 가지면서도 전체적인 단열층의 두께를 줄일 수 있으며 중량이 가벼운 재질로 구성한 액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조에 관한 것이다.
일반적으로, 액화천연가스(LNG)는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 섭씨 영하 163℃로 냉각해 그 부피를 6백분의 1로 줄인 무색 투명한 초저온 액체를 말한다.
이러한 액화천연가스가 에너지자원으로 등장함에 따라 이 가스를 에너지로 이용하기 위해서 생산기지로부터 수요지의 인수지까지 대량으로 수송할 수 있는 효율적인 운송방안이 검토되어 왔으며, 이러한 노력의 일환으로 대량의 액화천연가스를 해상으로 수송할 수 있는 액화천연가스 운반선이 나타나게 되었다.
그런데 이러한 액화천연가스 운반선에는 초저온상태로 액화시킨 액화천연가스를 보관 및 저장할 수 있는 화물창(Cargo)이 구비되어 있어야 하는데, 이러한 화 물창에 요구되는 조건이 매우 까다로워 많은 어려움이 있었다. 즉, 액화천연가스는 대기압 보다 높은 증기압을 가지며, 대략 섭씨 영하 163℃ 정도의 비등온도를 갖기 때문에, 이러한 액화천연가스를 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 인슐레이션 구조로 설계되어야 했다.
여기서, 먼저 액화천연가스운반선의 화물창 인슐레이션 구조를 살펴보고자 한다. 도 1은 액화천연가스운반선의 화물창 구조를 도시한 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 액화천연가스운반선의 선체(1) 내측면에 에폭시 매스틱(13:Epoxy Mastic)과 스터드 볼트(14:Stud Bolt)에 의해 하부 인슐레이션 패널(10:Insulation Panel)이 고정판(10a)을 매개로 하여 부착 고정되는데, 이러한 하부 인슐레이션 패널(10)은 화물창의 2차 방벽 일부를 구성한다.
이때, 하부 인슐레이션 패널(10)과 상부 인슐레이션 패널(20)의 사이에는 리지드 트리플렉스(22:rigid triplex)가 개재되어 접착되어 있다. 이렇게 부착되어 형성된 방열 패널은 미리 샵(Shop)에서 제조되어 화물창 내부에 공급되는데, 이들 방열 패널을 화물창 벽에 부착시킬 때에는 글라스 울(glass wool)재질의 플랫 조인트(18:Flat Joint)가 서로 간의 빈 갭(40) 사이에 삽입될 수 있도록 간극을 두고 부착시킨다. 이후, 상부 인슐레이션 패널(20) 사이에 탑 브릿지 패널(28)을 부착시키는데, 이때 기존에 부착되어 있는 리지드 트리플렉스(22) 상에 에폭시 글루(24)로 하여 서플 트리플렉스(26:supple triplex)를 부착시키고, 그 위에 에폭시 글 루(24)를 이용하여 탑 브릿지 패널(28)을 부착시킨다.
그리고 상부 인슐레이션 패널(20)과 탑 브릿지 패널(28)의 상부는 동일 평면을 갖게 되고, 이러한 동일 평면상에 1차 방벽으로 주름형상의 코러게이티드 멤브레인(30:Corrugated Membrane)이 부착되어 화물창 벽면이 완성된다.
여기서 액화천연가스의 무게를 지지하고, 슬로싱으로부터 지지하기 위한 하부 인슐레이션 패널(10)과 상부 인슐레이션 패널(20)의 재질은 폴리우레탄 폼(R-PUF)으로 이루어져 있다.
그러나, 위와 같이 폴리우레탄 폼으로 구성되는 단열구조는, 극저온용 액화천연가스를 효과적으로 단열시키기엔 많이 부족하다. 이러한 이유로 종래에는 단열구조의 두께를 과도하게 두껍게 설치함으로써 화물창의 부피를 감소시키는 악영향이 있었다.
더욱이 단열구조의 두께가 두꺼우므로 제조 비용이 증대되고, 단열층의 무게에 의해 운송비용이 증가하는 문제점이 있었다.
또한, 폴리우레탄 폼 단열재는 제조과정에서 프레온가스를 발포재로 사용하기 때문에 오존층파괴의 주범인 염소가스의 유해성이 문제가 되고 있으며, 폴리우레탄 폼을 장기간 사용하면 프레온이 희석되고 대신 공기가 내부로 침투하여 단열성능이30%정도 저하되는 것으로 알려져 있다. 따라서 앞으로는 지구환경보전을 위해 단계적으로 프레온가스 사용을 줄여야 하기 때문에 선진 각국에서는 프레온을 사용하는 폴리우레탄 폼을 대체할 수 있는 고성능 단열재 개발을 적극 추진하고 있다.
그러나 적재하중을 견뎌야 하는 문제점과, 극저온 하에서 소재의 단열 특성을 유지해야 하는 문제점 등에 의해 많은 어려움이 있는 실정이다.
따라서 본 발명에서는, 종래의 단열재인 폴리우레탄 폼 대신에 진공단열패널을 이용하여 화물창의 일부 또는 전부를 구성함으로써, 뛰어난 단열 성능을 가질 수 있음은 물론, 전체적인 단열층의 두께를 줄일 수 있고 화물창의 무게를 감소시 킬 수 있는 액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 천연 액화가스와 직접 접촉되는 1차 방벽과, 상, 하부의 인슐레이션 패널의 2차 방벽으로 구성된 액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조에 있어서, 2차 방벽의 단열재를 진공단열패널로 구성하며, 진공단열패널은, 상판과 하판의 사이에 진공 공간을 형성하고, 상판과 하판의 사이에 수직한 지지대가 설치되어 하중을 지지하도록 한 것을 특징으로 하는 액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조를 제공한다.
그리고 바람직하게 상부 인슐레이션 패널은 일부가 진공단열패널로 이루어지고, 경우에 따라서는 하부 인슐레이션 패널만 진공단열패널로 이루어지게 된다.
더욱 바람직하게 상, 하부 인슐레이션 패널에는 외부와 연통되는 진공파이프가 각각 설치되어 상, 하부 단열패널의 내부를 진공 상태로 만들 수 있으며, 진공 유무를 판단할 수 있다.
또한, 상, 하부 인슐레이션 패널의 내부를 진공 상태로 형성하기 위한 다른 실시예로서, 상부 인슐레이션 패널과 하부 인슐레이션 패널을 연통시킬 수 있는 연통홀을 형성하고, 하부 인슐레이션 패널의 하부측으로는 외부와 연통되는 진공파이프가 설치되어 상, 하부 인슐레이션 패널 내부를 동시에 진공 상태로 만들 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조에 따르면, 진공단열패널을 이용하여 화물창의 일부 또는 전부를 구성함으로써, 종래의 폴리우레탄 폼에 비해 대략 20배 정도의 뛰어난 단열 효과를 가질 수 있으며, 단열층의 두께가 줄어들어 화물창의 저장 공간이 증가하고, 화물창의 무게 감소를 가져와 운송비용을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조의 단면도이다.
도 2 내지 도 3에 도시된 액화천연가스 운반선에서 저온 액체 탱크용 화물창 구조는, 액화천연가스 운반선의 선체(100) 내측면에 에폭시 매스틱(102:Epoxy Mastic)과 스터드 볼트(104:Stud Bolt)에 의해 하부 인슐레이션 패널(110: Panel)이 부착 고정되고, 하부 인슐레이션 패널(110)의 상측으로 상부 인슐레이션 패 널(120)이 설치되어 2차 방벽을 구성한다.
여기서 선체(100)로부터 돌출된 스터드 볼트(104)에 하부 인슐레이션 패널(110)을 부착 설치하기 위해서는 폼 플러그(106)가 사용되어 진다.
하기에서 설명하는 하부 인슐레이션 패널(110)이 상판(112)과 하판(114)으로 이루어진 진공 단열패널에 스터드 볼트(104)를 체결하기 위해서는 하부 인슐레이션 패널(110)의 상판(112)에 일정 크기의 구멍을 뚫고, 그 뚫린 구멍을 이용하여 하판(114)으로 관통 위치된 스터드 볼트(104)에 너트 등의 체결 수단을 이용하여 조립한 후, 상판(112)으로부터 폼 플러그(106)를 스터드 볼트(104)측으로 삽입하여 밀폐시키게 된다.
이어서 하부 인슐레이션 패널(110)과 상부 인슐레이션 패널(120)의 사이에는 리지드 트리플렉스(140:rigid triplex)가 개재되어 접착되어 있다. 이렇게 부착되어 형성된 방열 패널은 미리 샵(Shop)에서 제조되어 화물창 내부에 공급되는데, 이들 방열 패널을 화물창 벽에 부착시킬 때에는 글라스 울(glass wool)재질의 플랫 조인트(152:Flat Joint)가 서로 간의 빈 갭(150) 사이에 삽입될 수 있도록 간극을 두고 부착시킨다. 이후, 상부 인슐레이션 패널(120) 사이에 탑 브릿지 패널(160)을 부착시키는데, 이때 기존에 부착되어 있는 리지드 트리플렉스(140) 상에 에폭시 글루(142)로 하여 서플 트리플렉스(144:supple triplex)를 부착시키고, 그 위에 에폭시 글루(142)를 이용하여 탑 브릿지 패널(160)을 부착시킨다.
여기서 본 발명의 특징에 따라 상, 하부 인슐레이션 패널(110)(120)을 구성하는 단열재의 재질이 진공단열패널로 이루어진다.
진공단열패널로 이루어지는 상, 하부 인슐레이션 패널(110)(120)은 각각 고정을 위한 상판(112)(122)과 하판(114)(124)으로 구성되고, 공간 이격된 이 상판(112)(122)과 하판(114)(124)의 사이에는 등간격을 따라 수직한 지지대(116)(126)가 설치되어 적재 하중을 지지하도록 하였으며, 이 상판(112)(122)과 하판(114)(124)의 사이는 진공 상태의 공간이 마련된다.
바람직하게 진공단열패널의 상, 하판은 기밀성능이 우수하여 내부로 가스가 빨려 들어가지 않아야 하기 때문에 알루미늄 박판이나 플라스틱 라미네이팅이 사용되며, 더욱 바람직하게는 하부 인슐레이션 패널(110)에 상부 인슐레이션 패널(120)의 설치시 하부 인슐레이션 패널(110)의 지지대(116)와 상부 인슐레이션 패널(120)의 지지대(126)는 지그재그로 배치되어 하중을 적절히 지지하게 된다.
그리고 하부 인슐레이션 패널(110)의 하부로는 선체(100)를 관통하여 외부와 연통되는 진공파이프(130)를 설치함으로써, 진공파이프(130)와 연결된 진공펌프(미도시)를 통하여 상판(112)과 하판(114)의 사이를 진공 상태로 만들 수 있고, 또 이 진공파이프(130)를 이용하여 진공 여부를 확인하여 이상 유무를 체크할 수 있다.
그리고 하부 인슐레이션 패널(110)의 설치 후에 진공파이프(130)는 밀봉시키는 것이 바람직하다.
한편, 상기와 같은 진공파이프(130)는 상부 인슐레이션 패널(120)의 상판(122)과 하판(124)의 내부도 진공 상태로 만들기 위하여 필요하며, 미도시 되었지만 진공파이프(130)가 상부 인슐레이션 패널(120)의 하판(124)으로부터 하부 인슐레이션 패널(110)과 선체(100)을 관통하여 외부와 연통되도록 설치된다.
하지만, 진공파이프(130)를 하부 인슐레이션 패널(110)과 선체(100)을 관통 설치할 경우 지지력의 약화와 설치의 곤란성이 발생할 수 있기 때문에 상부 인슐레이션 패널(120)은 일부만 진공단열패널로 구성할 수 있다.
더 나아가, 탑 브릿지 패널(160)도 진공단열패널로 구성할 수 있으며, 이 경우 갭(150)을 통하여 진공파이프(130)를 설치할 수 있다.
또한, 도 3에서와 같이 상, 하부 인슐레이션 패널(120)(110)의 내부를 진공 상태로 형성하기 위한 다른 실시예로서, 상부 인슐레이션 패널(120)의 하판(124)과 하부 인슐레이션 패널(110)의 상판(112)에 홀을 관통 형성하여 이들을 연통시킬 수 있는 연통홀(146)을 형성하고, 하부 인슐레이션 패널(110)의 하부측으로는 외부와 연통되는 진공파이프(130)가 설치되어 상, 하부 인슐레이션 패널(120)(110) 내부를 동시에 진공 상태로 만들 수 있도록 하였다.
그리고 상부 인슐레이션 패널(120)과 탑 브릿지 패널(160)의 상부는 동일 평면을 갖게 되고, 이러한 동일 평면상에 1차 방벽으로 주름형상의 코러게이티드 멤브레인(170:Corrugated Membrane)이 부착되어 화물창 벽면이 완성된다.
이와 같은 구조로 이루어진 액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조의 작용은 다음과 같이 이루어진다.
상, 하부 인슐레이션 패널(110)(120) 및 탑 브릿지 패널(160)에 사용되는 진공단열패널은, 진공 상태의 유지로 하여 가장 우수한 단열재이다. 알고 있는 바와 같이 열은 전도, 대류, 복사를 통해 고온부에서 저온부로 이동한다. 그런데 상판(112)(122)과 하판(114)(124)의 사이가 진공시 공기를 통한 전도나 대류 열전달 이 일어나지 않아 열 이동을 차단하는 단열재로는 아주 이상적이며, 그래서 높은 단열성능이 요구되는 액화천연가스 화물창에 적합하다.
더욱이 상판(112)(122)과 하판(114)(124)의 사이에 형성되는 지지대(116)(126)는 진공 공간으로 지지력이 저하될 수 있기 때문에 수직하게 설치되어 적재된 하중으로부터 단열구조를 지지하게 된다.
따라서 종래에 폴리우레탄 폼으로 이루어지는 상, 하부 인슐레이션 패널은 부족한 단열 효과를 보완하기 위하여 단열층의 두께가 두꺼워지고, 이로 인하여 무게도 증가하는 문제가 있기 때문에 본 발명에서는 폴리우레탄 폼 대신에 진공단열패널로 대체하여 사용함으로써, 월등한 단열 성능을 가질 수 있으며, 단열층의 두께도 전체적으로 낮아지고, 무게도 감소시킬 수 있어 화물창을 구성함에 있어 매우 유용하게 작용하게 된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조에 대하여 하나의 바람직한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 액화천연가스운반선의 화물창 구조를 도시한 단면도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조의 단면도이고,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조의 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 선체 102 : 매스틱
104 : 스터드 볼트 106 : 폼 플러그(foam plug)
110 : 하부 인슐레이션패널 112, 122 : 상판
114, 124 : 하판 116, 126 : 지지대
120 : 상부 인슐레이션패널 130 : 진공파이프
140 : 리지드 트리플렉스 142 : 에폭시 글루
144 : 서플 트리플렉스 146 : 연통홀
150 : 갭 152 : 플랫 조인트
160 : 탑 브릿지 패널 170 : 코러게이티드 멤브레인

Claims (5)

  1. 천연 액화가스와 직접 접촉되는 1차 방벽과, 상, 하부의 인슐레이션 패널의 2차 방벽으로 구성된 액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조에 있어서,
    상기 2차 방벽의 단열재를 진공단열패널로 구성하며,
    상기 진공단열패널은,
    상판과 하판의 사이에 진공 공간을 형성하고,
    상기 상판과 하판의 사이에 수직한 지지대가 설치되어 하중을 지지하도록 한 것을 특징으로 하는 액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 인슐레이션 패널은 일부가 진공단열패널로 이루어지는 액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 인슐레이션 패널만 진공단열패널로 이루어지는 액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 상, 하부 인슐레이션 패널에는 외부와 연통되는 진공파이프가 각각 설 치되어 상기 상, 하부 단열패널의 내부를 진공 상태로 만들 수 있으며, 진공 유무를 판단할 수 있도록 한 액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 인슐레이션 패널과 상기 하부 인슐레이션 패널을 연통시킬 수 있는 연통홀을 형성하고, 상기 하부 인슐레이션 패널의 하부측으로는 외부와 연통되는 진공파이프가 설치되어 상기 상, 하부 인슐레이션 패널 내부를 동시에 진공 상태로 만들 수 있는 액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조.
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