KR20210125651A - 극저온 액화가스가 저장되는 압력식 저장탱크의 단열구조 - Google Patents

극저온 액화가스가 저장되는 압력식 저장탱크의 단열구조 Download PDF

Info

Publication number
KR20210125651A
KR20210125651A KR1020200042902A KR20200042902A KR20210125651A KR 20210125651 A KR20210125651 A KR 20210125651A KR 1020200042902 A KR1020200042902 A KR 1020200042902A KR 20200042902 A KR20200042902 A KR 20200042902A KR 20210125651 A KR20210125651 A KR 20210125651A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
insulation
tank
performance
storage tank
liquefied gas
Prior art date
Application number
KR1020200042902A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102320577B1 (ko
Inventor
정태영
박공주
Original Assignee
정태영
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 정태영 filed Critical 정태영
Priority to KR1020200042902A priority Critical patent/KR102320577B1/ko
Publication of KR20210125651A publication Critical patent/KR20210125651A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102320577B1 publication Critical patent/KR102320577B1/ko

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63BSHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B25/00Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby
    • B63B25/02Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods
    • B63B25/08Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods fluid
    • B63B25/12Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods fluid closed
    • B63B25/16Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods fluid closed heat-insulated
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63BSHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B17/00Vessels parts, details, or accessories, not otherwise provided for
    • B63B17/0027Tanks for fuel or the like ; Accessories therefor, e.g. tank filler caps
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63BSHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B73/00Building or assembling vessels or marine structures, e.g. hulls or offshore platforms
    • B63B73/20Building or assembling prefabricated vessel modules or parts other than hull blocks, e.g. engine rooms, rudders, propellers, superstructures, berths, holds or tanks
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63BSHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B73/00Building or assembling vessels or marine structures, e.g. hulls or offshore platforms
    • B63B73/40Building or assembling vessels or marine structures, e.g. hulls or offshore platforms characterised by joining methods
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C3/00Vessels not under pressure
    • F17C3/02Vessels not under pressure with provision for thermal insulation
    • F17C3/025Bulk storage in barges or on ships
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63BSHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B2231/00Material used for some parts or elements, or for particular purposes
    • B63B2231/40Synthetic materials
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/03Thermal insulations
    • F17C2203/0304Thermal insulations by solid means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/03Thermal insulations
    • F17C2203/0391Thermal insulations by vacuum
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0602Wall structures; Special features thereof
    • F17C2203/0612Wall structures
    • F17C2203/0626Multiple walls
    • F17C2203/0631Three or more walls
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2209/00Vessel construction, in particular methods of manufacturing
    • F17C2209/22Assembling processes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/03Mixtures
    • F17C2221/032Hydrocarbons
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00Applications
    • F17C2270/01Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0102Applications for fluid transport or storage on or in the water
    • F17C2270/0105Ships
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00Maritime or waterways transport
    • Y02T70/50Measures to reduce greenhouse gas emissions related to the propulsion system
    • Y02T70/5218Less carbon-intensive fuels, e.g. natural gas, biofuels

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

극저온 액화가스가 저장되는 압력식 저장탱크의 단열구조가 개시된다, 본 발명에 따른 극저온 액화가스가 저장되는 압력식 저장탱크의 단열구조는, 내부에 극저온의 액화가스가 수용되는 공간이 형성되며, 내부의 액화가스가 기화되어 발생하느 내부압력을 견딜 수 있도록 압력용기로 마련되는 탱크; 탱크의 외측에 1차적인 단열층으로서 형성되는 열충격 방지용 단열층; 열충격 방지용 단열층의 외측에 2차적인 단열층으로서 형성되는 발포성 단열층; 및 발포성 단열층의 외측에 형성되어 단열시스템을 마감하는 보호층을 포함하고, 발포성 단열층은 발포성 폴리머 계열의 단열재로 이루어지며, 열충격 방지용 단열층은 진공단열재 및 에어로젤을 포함하여 발포성 단열층보다 열전달 계수가 낮은 소재 중 어느 하나로 이루어지는 고성능 단열재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

극저온 액화가스가 저장되는 압력식 저장탱크의 단열구조 {INSULATION STRUCTURE OF PRESSURE-TYPE STORAGE TANK IN WHICH CRYOGENIC LIQUEFIED GAS IS STORED}
본 발명은 극저온 액화가스가 저장되는 압력식 저장탱크의 단열구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탱크 외벽에 발포성 폴리머 기반의 단열시스템을 구축함에 있어서, 탱크와 발포성 단열층 사이에 진공단열재나 에어로젤 단열재 등 고성능 단열재로 이루어지는 열충격 방지용 단열층을 배치시킴으로써, 발포성 단열층과 금속 소재의 탱크의 열팽창 계수 차이에 따른 문제점들을 해결함은 물론, 시공 용이성과 내구성 및 단열성능의 측면에서 현저하게 향상된 기능을 가지는, 극저온 액화가스가 저장되는 압력식 저장탱크의 단열구조에 관한 것이다.
일반적으로 선박에 설치되는 엔진 등의 연소장치는 MDO(Marine Diesel Oil), HFO(Heavy Fuel Oil) 등의 연료오일을 사용하였다. 그런데 이러한 연료오일은 연소시 발생하는 온실가스와 각종 유해물질로 인하여 환경오염을 초래하는 주범이 되어 왔다.
최근 대기오염 규제가 점차 강화되면서, 연료오일을 대체할 에너지원으로서 오염물질의 배출이 적은 LPG(Liquefied Petroleum Gas), LNG(Liquefied Natural Gas) 등의 친환경 연료가 각광받고 있다.
특히 LNG는 황산화물(SOx)과 질소산화물(NOx)의 함유량이 낮아 오염물질의 배출이 적을 뿐만 아니라, LPG에 비해 가격이 저렴하고, 액화시 부피를 1/600로 줄일 수 있으므로 운송에도 매우 유리한 측면이 있다.
이미 LNG를 대량으로 운송하는 LNGC(LNG Carrier)에서는 화물창 내에 저장된 LNG를 연료로 사용하는 기술이 상용화되었는데, 최근에는 점차 강화되는 대기오염 규제에 따라 LNGC 이외의 선박에도 LNG 연료의 사용을 점점 확대 적용하고 있는 추세이다.
LNG를 연료로 사용하여 추진하는 선박을 LFS(LNG Fueled Ship)라 하는데, LNG를 직접 화물로 싣고 다니면서 연료로 사용하는 LNGC와는 달리, LFS에는 LNG를 연료로서 저장하기 위한 별도의 LNG 저장탱크가 구비되어야 한다.
LNG 저장탱크는 극저온의 LNG를 안전하게 보관 및 저장할 수 있도록 열응력 및 열수축에 강인하고 열침입을 막을 수 있는 구조로 설계되며, 하중이 직접적으로 작용하는지 여부에 따라 크게 멤브레인형(Membrane Type)과 독립형(Independent Type)으로 분류될 수 있다.
멤브레인형 저장탱크는 선체와 일체를 이루는 것으로서, 전술한 LNGC와 같이 대량으로 LNG를 수송하는 선박에 주로 적용된다. 통상 멤브레인형 저장탱크는 GTT NO96형 타입과 TGZ MARK Ⅲ 타입으로 구분될 수 있다.
독립형 저장탱크는 선체와 일체를 이루지 않고 독립적으로 존재하는 것으로서, 외부에서 별도로 제작된 후 선박에 탑재가 가능하다. 따라서 LNGC 이외의 선박에서는 LNG 연료탱크로서 주로 독립형 저장탱크를 활용한다.
독립형 저장탱크는 IMO(International Maritime Organization, 국제해사기구)의 규정에 따라 Type A, B, C로 구분될 수 있다.
IMO Type A 저장탱크는, 1차 방벽과, 1차 방벽의 파손에 의한 LNG의 유출을 방지하기 위해 1차 방벽을 완전히 감싸는 구조로 마련되는 2차 방벽을 갖는다.
IMO Type B 저장탱크는, 신뢰성이 어느 정도 확인된 1차 방벽과, 1차 방벽의 크랙 가능성이 상대적으로 높은 부위에 요구되는 2차 방벽을 갖는다.
IMO Type C 저장탱크는, 신뢰성이 완전하게 확인된 압력용기 형태를 갖는다. IMO Type C 저장탱크는 단열 형태에 따라 싱글형(단일 구조)과 더블형(이중 구조)으로 구분될 수 있다. 싱글형은 압력용기의 외면에 주로 폼 계열의 단열재를 부착하는 방식으로 단열이 이루어진다. 그리고 더블형은 복사열 차단을 위해 펄라이트(Perlite)나 MLI(Multi-Layer Insulation)로 피복된 내압용기를 외부탱크로 감싸고, 두 탱크 사이에 진공 환경을 조성하는 방식으로 단열이 이루어진다.
현재, 다양한 방식의 LFS용 저장탱크가 사용되거나 개발되고 있는데, 가장 일반적인 방식은 압력식인 IMO Type C 저장탱크이다. IMO Type C 저장탱크는 LNG가 기화되어 발생하는 BOG(Boil-off Gas)의 내부압력(통상 8 ~ 10 bar)을 견디는 구조로 제작되며, 외부에는 LNG의 단열을 위한 단열층이 배치된다.
이전에 소용량의 LNG를 저장하기 위해서는 전술한 더블형 IMO Type C 저장탱크가 주로 사용되었다. 이는 수 톤의 탱크를 지지하기 위해 설치되는 지지구조물이 내압용기가 아니라 외부탱크에 접촉하여 지지하므로, 열교 현상이 발생하지 않아 단열 측면에서 더 유리하였기 때문이다.
그러나 최근 들어 초대형 원유운반선(VLCC: Very Large Crude-Oil Carrier)이나 컨테이너선(Container Ship)과 같이 대형 선박에서 LNG 연료의 사용이 고려되면서, LNG 저장탱크 또한 매우 큰 용량을 갖출 것이 필요하게 되었다.
이렇게 LNG 저장탱크의 요구 용량이 커질 경우, 전술한 더블형 IMO Type C 저장탱크의 사용은 현실적으로 불가능하다. 왜냐하면, 더블형 IMO Type C 저장탱크의 경우에는 외부탱크도 진공압을 버틸 수 있도록 중구조의 압력용기로 제작되므로 대형화될수록 중량이 현저하게 증가되는 문제가 있고, 또 더블형 IMO Type C 저장탱크는 내압용기와 외부탱크 사이의 공간을 진공으로 형성하는데 대형화시 이 공간 또한 늘어나게 되므로 진공화 작업에 소요되는 시간이 지나치게 길어진다는 문제가 있기 때문이다.
상기와 같은 문제들은, 대형 압력용기 제작에 따른 물량 증가 및 진공화 작업 기간 증가에 따른 비용 상승을 야기할 뿐만 아니라, 탱크 체적당 LNG의 적재 효율을 감소시키는 원인이 된다. 따라서 앞으로 대형 선박에서 사용되기 위한 IMO Type C 저장탱크는 싱글형 타입으로 제작이 요구될 것이라 예상된다.
한편, 전술한 바와 같이 싱글형 IMO Type C 저장탱크는 압력용기(이하 '탱크')의 외부에 단열층이 형성되는데, 일반적으로 발포성 폴리머(polymer)와 같은 단열재(이하 '발포성 단열재')를 탱크 외면에 설치하는 방식으로 단열층의 시공이 이루어진다.
발포성 단열재의 대표적인 예로는 폴리우레탄 폼(PUF: Polyurethane foam)을 들 수 있다. 폴리우레탄 폼은 단열성능이 우수하면서도 경량인 단열재로, 현재 LNG, LPG 탱크 등 플랜트 단열재로서 가장 널리 이용되고 있다.
발포성 단열재를 설치하는 시공 방식에는, 발포성 단열재를 패널 타입(panel type)으로 제작하여 탱크 외벽에 부착 또는 고정시키는 '패널 방식'과, 발포성 단열재의 발포 원액을 탱크 외벽에 직접 분사(spray)하는 '스프레이 방식'이 있다.
패널 방식은 공장에서 발포성 단열재를 일정한 크키 및 모양으로 가공하여 표준화된 패널 형태로 제작하고 현장에서 조립 시공하는 방식이다. 단위체로 구성되는 패널은 탱크 외벽에 용접된 스터드 등의 결합수단을 이용하여 고정되거나, 또는 탱크 외벽에 접착제에 의해 부착됨으로써 단열층을 형성한다. 국내 공개특허공보 제10-2011-0051407호(2011.05.18)에 패널 방식을 이용하여 IMO Type C 저장탱크의 단열층을 형성하는 기술이 개시된 바 있다.
이러한 패널 방식은 후술하는 스프레이 방식에 비해 현장 설치성이 우수하고, 비산이 없어 단열재의 손실률 측면에서 유리하며, 단열재의 균일한 시공이나 압축 강도 측면에서도 스프레이 방식에 비해 성능이 우수하다.
하지만, 각형이나 멤브레인형과 같이 단열재의 설치 구역이 설치 구역이 평편하게 형성되는 저장탱크에는 상기의 패널 방식이 선호되고 있으나, 통상 내압을 견디기 위해 구(sphere)나 실린더(cylinder) 형태를 가지는 IMO Type C 저장탱크에는 패널 방식을 적용하는 것이 쉽지 않다.
즉, 다수의 곡면 부위를 포함하는 IMO Type C 저장탱크에 패널 방식을 적용하기 위해서는, 탱크의 곡면 부위에 설치되는 패널 또한 곡면을 가지도록 제작되어야 할 것인데, 이를 완벽하게 제작하는 것이 어렵고, 설치시 많은 시간과 비용이 투입되어 시공성이 현저히 떨어지는 문제가 있다.
또한, 도 1을 참고하면, 설령 곡면 형태의 패널(1)이 구현되더라도, 기본적으로 발포성 폴리머는 열수축 및 팽창이 크게 발생하는 취약성이 있으므로, 극저온에 노출시 패널(1) 사이에 발생하는 틈 사이로 심각한 열교(Thermal Bridge) 현상이 발생할 수 있다.
이러한 이유로, 싱글형 IMO Type C 저장탱크의 단열층을 시공하는 방식으로는, 번거로움에도 불구하고 탱크 외벽에 발포성 단열재를 300 ~ 350 mm 이상 직접 도포하여 피복하는 스프레이 방식이 주로 사용되고 있다.
스프레이 방식은 스프레이건(spray gun)을 이용하여 발포성 단열재의 발포 원액을 탱크 외벽에 직접 분사하여 도포하는 방식이다. 국내 등록특허공보 제10-1034472호(2011.05.17)에 스프레이 방식을 이용하여 IMO Type C 저장탱크의 단열층을 형성하는 기술이 개시된 바 있다.
그런데, 이러한 스프레이 방식은 시공성이 떨어진다는 단점이 있다. 스프레이 방식으로 발포성 단열재의 두께를 300 ~ 350 mm 가량 구현하기 위해서는 여러 번의 반복 도포가 이루어져야 한다.
또한, 도 2를 참고하면, 탱크(T) 외벽에 발포성 단열재(10)를 도포하는 과정에서, 발포성 단열재(10)의 부착성 개선 및 치수 안정성 확보를 위하여 중간에 메쉬(mesh) 등으로 이루어지는 보강층을 적어도 한 층 이상 설치해야 하는 작업이 수반되는 번거로움이 있다.
발포성 단열재(10)는 극저온 의한 취성 파괴 측면에서도 한계가 있다. 기본적으로 발포성 폴리머는 내부에 있는 공기층의 영향으로 금속과의 열팽창 계수 차이가 매우 클 수 밖에 없다. 따라서 스프레이 방식으로 탱크(T) 외벽에 도포되는 발포성 단열재(10)는 탱크(T)의 열수축 및 팽창 과정에서 상당한 열충격을 받게 되며, 이러한 열충격에 의해 발포성 단열재(10)의 균열 또는 파손이 발생하는 사고가 빈번하게 일어난다. 발포성 단열재(10)에 균열 또는 파손이 발생하면, 이를 통하여 엄청난 열교 현상이 일어나고, 결국 탱크(T)의 전체 단열성능을 급격하게 떨어뜨리는 심각한 문제로 이어질 수 있다.
더불어, 스프레이 방식은 패널 방식에 비해 발포성 단열재(10)의 내부 균일성이 떨어진다는 문제도 있다. 패널이나 박스 형태로 제작되는 발포성 단열재의 경우에는 공장에서 발포성 단열재를 압축하면서 작업이 이루어지기에 300 ~ 350 mm 이상의 두께를 만들더라도 내부가 균일하게 제작될 수 있으나, 스프레이 방식에 따르면 환경적인 제약 등으로 인해 이와 같은 균일성을 구현할 수 없다.
상기와 같은 스프레이 방식의 균일성 문제는, 발포성 단열재(10)가 극저온에 노출시 아주 심각한 결과를 초래할 수 있다. 즉, 균일하지 못한 발포성 단열재(10)의 시공이 이루어지는 경우, 전술한 열충격에 따른 균열 및 파손 등의 문제의 심각성이 배가될 수 있다.
이러한 특성으로 인하여, 발포성 폴리머를 직접 도포하는 스프레이 방식은, 끓는점이 대략 -40℃인 LPG 저장탱크에는 사용이 가능하지만, 끓는점이 대략 -163℃인 LNG 저장탱크에 사용되기 어렵고, 끓는점이 무려 -253℃에 달하는 액화수소(Liquid Hydrogen) 저장탱크에는 아예 사용이 불가능하다.
또한, 스프레이 방식은 발포성 단열재의 원액을 분사하는 과정에서 필연적으로 단열재의 비산이 발생하여 환경적으로 열악하고 자재 손실률도 상당하다.
국내 공개특허공보 제10-2011-0051407호(2011.05.18) 국내 등록특허공보 제10-1034472호(2011.05.17)
본 발명은 액화가스를 연료로 사용하여 추진하는 선박의 대형화에 따라 이에 구비되는 액화가스 저장탱크의 요구 용량이 대폭 커지면서 사용되기 시작한 발포성 폴리머 기반 단열시스템의 균열 문제 및 시공상의 어려움을 해결하면서, 내구성 및 단열성능도 현저하게 향상시킬 수 있는, 극저온 액화가스가 저장되는 압력식 저장탱크의 단열구조를 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 IMO type C 저장탱크와 같은 압력식 탱크의 외벽에 단열층을 시공함에 있어서, 전술한 패널 방식과 스프레이 방식의 문제점을 해결함은 물론 각 타입의 장점을 살려 유연한 설계가 가능한, 극저온 액화가스가 저장되는 압력식 저장탱크의 단열구조를 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 내부에 극저온의 액화가스가 수용되는 공간이 형성되며, 내부의 액화가스가 기화되어 발생하는 내부압력을 견딜 수 있도록 압력용기로 마련되는 탱크; 상기 탱크의 외측에 1차적인 단열층으로서 형성되는 열충격 방지용 단열층; 상기 열충격 방지용 단열층의 외측에 2차적인 단열층으로서 형성되는 발포성 단열층; 및 상기 발포성 단열층의 외측에 형성되어 단열시스템을 마감하는 보호층을 포함하고, 상기 발포성 단열층은 발포성 폴리머 계열의 단열재로 이루어지며, 상기 열충격 방지용 단열층은 진공단열재 및 에어로젤 단열재 중 어느 하나의 고성능 단열재를 포함하여 상기 발포성 단열층보다 열전달 계수가 낮은 것을 특징으로 하는, 극저온 액화가스가 저장되는 압력식 저장탱크의 단열구조가 제공될 수 있다.
상기 고성능 단열재는 단위 유닛으로 제작되며 다수개가 상기 탱크의 외벽이 이루는 면을 따라 연달아 배열됨으로써 상기 열충격 방지용 단열층을 형성할 수 있다.
상기 발포성 단열층은, 상기 발포성 폴리머 계열의 발포폼 원액이 상기 열충격 방지용 단열층의 외측에 직접 분사되어 발포 및 경화된 발포폼 단열재로 이루어지거나, 또는 상기 발포성 폴리머 계열의 발포폼을 일정한 형태로 가공하여 단위 유닛으로 제작된 패널형 단열재로 이루어지거나, 또는 상기 발포폼 단열재와 상기 패널형 단열재를 혼용하여 이루어질 수 있다.
상기 패널형 단열재는 하부에 배치되는 상기 고성능 단열재와 수직 방향을 따른 가장자리가 서로 엇갈리도록 교차 배치될 수 있다.
상기 고성능 단열재는 상기 탱크 외벽에 설치되는 커넥터에 의해 고정되거나 또는 테이핑(taping) 혹은 래핑(lapping)에 의해 상기 탱크 외벽에 외부 피복 방식으로 고정되거나, 또는 상기 커넥터와 상기 외부 피복 방식을 혼용하여 고정될 수 있다.
상기 커넥터는, 상기 하단부가 상기 탱크 외벽에 고정되며 상단부가 상기 탱크의 외측 방향을 향하여 돌출되는 형태로 마련되어 상기 고성능 단열재의 상기 탱크의 면방향에 대한 이동을 제한하는 수직부재와, 상기 수직부재의 상단에 결합되어 상기 고성능 단열재가 상기 탱크로부터 분리 이탈되는 것을 방지하는 수평부재를 포함할 수 있다.
상기 커넥터는 상기 고성능 단열재의 모퉁이 부위 혹은 모서리 단부를 고정시킬 수 있다.
상기 커넥터의 상부에는 상기 커넥터를 통한 열교 현상을 차단할 수 있도록 열교 차단용 단열재가 추가 배치될 수 있다.
한편, 상기 커넥터가 설치되는 구역의 상부에는 상기 발포폼 단열재가 설치되고, 상기 발포폼 단열재가 설치된 구역 이외의 나머지 구역에는 상기 패널형 단열재가 설치되어, 상기 발포성 단열층을 형성할 수 있다.
또는, 상기 탱크의 외벽이 평편한 면을 이루는 구역에는 상기 패널형 단열재가 설치되고, 상기 탱크의 외벽이 곡면을 포함하는 구역에는 상기 발포폼 단열재가 설치되어, 상기 발포성 단열층을 형성할 수도 있다.
상기 고성능 단열재와 상기 탱크의 외벽 사이에는 상기 고성능 단열재가 상기 탱크 외벽에 직접 접촉되지 않도록 하는 보호시트가 배치될 수 있다.
상기 보호시트는 글라스 클로스(Glass cloth) 또는 합성수지(Synthetic resin) 시트일 수 있다.
상기 고성능 단열재의 외면에는 폴리머 계열의 물질이 필름 형태로 코팅될 수 있다.
서로 이웃하는 상기 고성능 단열재 사이의 간극에는 상기 고성능 단열재의 움직임에 의한 충격을 흡수할 수 있도록 충격흡수부재가 배치될 수 있다.
상기 충격흡수부재는 멜라민 폼을 포함하는 폼(foam) 소재, 글라스울, 고무 소재 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상기 충격흡수부재는 클로즈셀(close cell) 소재일 수 있다.
상기 열충격 방지용 단열층은 2 이상의 복수의 층으로 분할 구획되고, 상기 2 이상의 복수의 층에서 하부 층을 구성하는 상기 고성능 단열재와 상부 층을 구성하는 상기 고성능 단열재는 수직 방향을 따른 가장자리가 서로 엇갈리도록 교차 배치될 수 있다.
본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
(1) 본 발명에 따르면, 금속과 열팽창 계수 차이가 큰 발포성 단열층을 탱크의 외벽과 일정 간격 이격된 위치에 형성함으로써, 기존의 발포성 폴리머가 탱크의 외벽에 직접 접촉하는 경우 균열이나 파손이 발생하는 문제(스프레이 방식) 또는 틈 발생에 의해 단열성능이 저하되는 문제(패널 방식)를 해결할 수 있다.
(2) 또한, 본 발명에 따르면, 열전도율이 낮은 고성능 단열재로 이루어지는 열충격 방지용 단열층에 의해 발포성 단열층은 극저온에 노출되지 않고 상온과 가까운 온도에서만 거동하게 되므로, 열충격에 의한 균열이나 파손 등의 문제 및 극저온에 의한 취성 파괴 문제가 근본적으로 해결될 수 있으며, 이에 따라 발포성 단열층을 구성하는 발포성 폴리머의 내구성 측면에서 최고의 성능이 구현될 수 있다.
(3) 그리고, 본 발명에 따르면, 탱크 외벽에 1차적으로 형성되는 열충격 방지용 단열층을 기존 단열재 대비 단열성능이 현저하게 뛰어난 고성능 단열재로 구성함에 따라 열충격 방지용 단열층의 두께를 줄일 수 있고, 또한, 열충격 방지용 단열층의 외측에 형성되는 발포성 단열층은 열충격 방지용 단열층을 보호하는 역할만 하면 되기에 발포성 단열층의 두께도 기존 대비 대폭 줄일 수 있다.
즉, 본 발명은 탱크 외측에 형성되는 단열층의 전체 두께를 획기적으로 감소시키는 것이 가능하여, 시공 측면의 어려움 및 자재 손실률의 문제를 근본적으로 해결하는 것이 가능함은 물론, 선내 공간 활용도를 높이고, 탱크 체적당 LNG의 적재 효율을 증대시키는 효과를 기대할 수 있다.
(4) 또한, 본 발명은 발포성 단열층을 형성함에 있어서 스프레이 방식이나 패널 방식을 이용하는데 제약이 없다는 장점이 있다. 전술한 바와 같이 발포성 단열층이 탱크 외벽으로부터 일정 간격 이격된 위치에 형성됨에 따라, 기존의 스프레이 방식이나 패널 방식이 가지고 있던 문제점들을 고려하지 않고 어느 방식이든 자유롭게 시공 방식을 선택할 수 있다.
(5) 또한, 본 발명은 설치 구역에 따라 작업 난이도(시공성, 평편도 등)를 고려하여, 스프레이 방식과 패널 방식을 혼용하여 발포성 단열층을 형성하는 것도 가능하다. 따라서 본 발명은 단열시스템의 설치가 이루어지는 구역마다 가장 적합한 타입의 시공 방식을 선택하여 적용하는 것이 가능하고, 이에 따라 단열시스템의 보다 유연한 설계가 가능한 효과가 있다.
도 1은 종래 IMO Type C 저장탱크에서 패널 방식으로 시공되는 단열시스템의 구조를 설명하기 위한 도면으로, (a)는 패널의 설치가 완료된 상태를 나타낸 것이고, (b)는 패널의 열수축시 열교 현상이 발생하는 것을 나타낸 것이다.
도 2는 종래 IMO Type C 저장탱크에서 스프레이 방식으로 시공되는 단열시스템의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 압력식 저장탱크에 설치되는 단열시스템의 개략적인 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 압력식 저장탱크의 외벽에 고성능 단열재를 고정시키는 커넥터가 설치되는 것을 나타낸 도면이다.
도 5는 커넥터의 구체적인 예시를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 압력식 저장탱크의 단열시스템을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 압력식 저장탱크의 단열시스템을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 압력식 저장탱크의 단열시스템을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 압력식 저장탱크의 단열시스템에서 고성능 단열재가 복수의 층으로 마련되어 교차 배치되는 구조를 나타낸 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
본 명세서에서 '선박'은, 액화가스를 연료로 사용하기 위하여 액화가스 저장탱크를 구비하는 모든 종류의 선박을 포함하는 개념으로 해석될 수 있으며, 대표적으로 LNG를 연료로 사용하여 추진하는 LFS와 같이 자체 추진 능력을 갖춘 선박을 비롯하여, LNG FPSO(Floating Production Storage Offloading)나 LNG FSRU(Floating Storage Regasification Unit)와 같이 해상에 부유하고 있는 해상 구조물도 포함될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 '액화가스'는, 가장 대표적인 액화가스인 LNG를 비롯하여, LPG, LEG(Liquefied Ethane Gas), 액화에틸렌가스(Liquefied Ethylene Gas), 액화프로필렌가스(Liquefied Propylene Gas) 등과 같이, 저온으로 액화시켜 저장이 가능하고 기화된 상태에서 엔진 등의 연료로 공급될 수 있는 모든 종류의 액화가스를 포함할 수 있다. 따라서 본 명세서에서 '저장탱크'는, 저온으로 액화시켜 저장이 가능한 모든 종류의 액화가스를 저장하는 탱크를 포함할 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 가장 대표적인 액화가스인 LNG와 이를 저장하는 LNG 저장탱크를 예로 들어 설명하기로 한다.
또한, 이하 본 명세서에서는 IMO Type C 저장탱크와 같은 '압력식 저장탱크'에 본 발명이 적용되는 것을 바람직한 실시예로 설명하고 있지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, IMO Type C가 아닌 다른 타입의 압력식 저장탱크에도 본 발명이 적용될 수 있음은 물론, 압력식이 아니더라도 단열층이 탱크 외부에 형성되는 모든 종류의 저장탱크에 본 발명이 적용될 수 있음을 첨언한다.
또한, 본 발명은 바람직하게는 '곡면'을 포함하는 저장탱크에 적용되기 위해 개발된 기술이지만, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 외면 전체가 평편하게 이루어지는 저장탱크에 본 발명이 적용되더라도 본 발명에 의한 효과는 동일하게 거둘 수 있다.
본 명세서에서 관례상 탱크의 요소에 적용된 용어 '상부' 또는 '위'는 중력에 대한 방향과는 관계없이 탱크의 외측을 향하는 방향을 가리키는 것이고, 마찬가지로, 용어 '하부' 또는 '아래'는 중력에 대한 방향과는 관계없이 탱크의 내측을 향하는 방향을 가리키는 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 압력식 저장탱크에 설치되는 단열시스템의 개략적인 구조를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 압력식 저장탱크의 외벽에 고성능 단열재를 고정시키는 커넥터가 설치되는 것을 나타낸 도면이고, 도 5는 커넥터의 구체적인 예시를 나타낸 도면이다. 그리고 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 압력식 저장탱크의 단열시스템을 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 압력식 저장탱크의 단열시스템을 나타낸 도면이며, 도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 압력식 저장탱크의 단열시스템을 나타낸 도면이다.
참고로 도 3 내지 도 8에는 탱크(T)의 외벽이 평편하게 구성되는 것이 도시되어 있으나, 이는 편의상 탱크(T)의 외벽을 평편하게 도시한 것이고, 이하에서 설명되는 내용은 탱크(T)의 곡면 부위에 바람직하게 적용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
도 3 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 압력식 저장탱크는, 내부에 LNG와 같은 극저온의 액화가스가 저장되는 공간이 형성되는 탱크(T)와, 탱크(T)의 외측에 설치되는 열충격 방지용 단열층(100)과, 열충격 방지용 단열층(100)의 외측에 설치되는 발포성 단열층(200)과, 발포성 단열층(200)의 외측에 설치되는 보호층(300)을 포함한다.
탱크(T)는 LFS와 같은 선박에서 연료로 사용되는 LNG를 액화상태로 저장하기 위해 구비되는 저장탱크일 수 있으며, 예컨대 IMO Type C 저장탱크와 같은 압력식 탱크일 수 있다.
탱크(T)는 내부에 수용되는 LNG가 기화되어 발생하는 내부압력을 견딜수 있는 구조로 마련될 수 있다. 즉, 탱크(T)는 압력용기로 마련될 수 있으며, 내부 표면이 극저온의 LNG와 직접 접촉하게 되므로, 저온 특성이 우수한 금속 재질, 예를 들어 강(Steel), 스테인리스강(Stainless Steel), 니켈 합금강, 알루미늄 합금 등으로 제작될 수 있다.
열충격 방지용 단열층(100)은 탱크(T)의 외벽에 형성되는 주 단열층으로서, 열전도율이 현저히 낮은(예컨대, 0.010W/mK 이하) 고성능 단열재로 이루어질 수 있으며, 탱크(T)를 외부의 열침입으로부터 단열시키고 내부에 수용되는 LNG가 기화되는 것을 방지하는 역할을 한다.
구체적으로 열충격 방지용 단열층(100)은, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 일정한 면적과 두께를 가지도록 단위 유닛(unit) 또는 단위 모듈(module)로 제작된 고성능 단열재(110)가 탱크(T)의 외벽이 이루는 면을 따라 다수개가 연달아 배열됨으로써 형성될 수 있다.
여기서 고성능 단열재(110)는, 후술하는 발포성 단열층(200)을 이루는 단열소재보다 열전달 계수가 낮은 소재로 구성될 수 있으며, 대표적으로 열전도율이 0.010W/mK 이하인 진공단열재(Vacuum Insulation)나 에어로젤 단열재(Aerogel Insulation)일 수 있다. 또한, 이외에도 열전도율이 낮은 무기단열재나 멜라민 폼 또는 기존에 사용되기 어려운 비정형 타입의 단열재(기체, 액체, 젤 타입의 단열재)로 고성능 단열재(110)를 구성할 수도 있다.
대표적으로 진공단열재는, 알루미늄 포일(Aluminium foil)과 같은 금속 박막, 폴리머 필름(Polymer film) 등의 소재를 포함하여 높은 차폐성을 갖는 피복재 내부에 공기가 제거된 글라스울(Glass wool), 흄드 실리카(Fumed silica), 펄라이트(Perlite) 또는 에어로젤(Aerogel) 등의 코어(core)를 충진한 구조를 갖는다.
진공단열재는 외피를 구부려서 제작하는 것이 가능하므로, 탱크(T)에서 곡면이 형성되는 부위에 대응되는 형상으로 제작하는 것이 용이하여 본 발명에 적용시 설치 용이성이 매우 뛰어난 장점이 있으며, -200℃ 이하의 극저온에서도 사용이 가능하다. 또한, 진공단열재는 피복재 내부의 코어가 고형 재질로 구성되므로, 발포성 폴리머와 비교하였을 때 단열재 내부 공기 입자의 수축/팽창 현상이 미미하여 열충격 측면에서도 훨씬 유리하다.
그리고, 에어로젤은 주로 블랑켓(blanket) 형태로 가공되므로 시공이 간편하며, 경질 폴리우레탄 폼에 비해 1.5 내지 3배의 단열성능을 가지므로 열충격 방지용 단열층(100)의 소재로 적합하다.
이와 같이 열전도율이 낮은 소재로 이루어지는 열충격 방지용 단열층(100)은 기존의 단열재와 대비하여 월등한 단열성능을 기대할 수 있다. 특히 진공단열재의 경우에는 극저온에 노출될수록 단열성능이 좋아지는 정도가 다른 단열재에 비해 월등히 높다는 특징이 있다.
본 발명에서 열충격 방지용 단열층(100)은 후술하는 발포성 단열층(200)이 형성되는 구역의 온도를 거의 상온에 가깝게 유지시킬 수 있으므로, 극저온 하에서 발포성 단열재와 금속 탱크와의 열팽창 계수 차이에 의한 종래의 문제점을 해결함과 더불어, 발포성 단열층(200)을 사용온도 범위 내로 유지하여 극저온 취성파괴 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.
이때, 열충격 방지용 단열층(100)과 탱크(T)의 열팽창 계수 차이에 의하여 종래와 같은 문제가 또 발생하지 않는지에 대한 의문을 제기할 수 있는데, 고성능 단열재(110)를 진공단열재로 마련하는 경우에는, 진공단열재가 열팽창/수축 측면에서 발포성 폴리머보다 치수 안정성이 훨씬 좋고, 특히 진공단열재는 내부가 진공에 가까우므로 외부에서 강한 대기압에 의해 눌러지고 있는 효과가 있으므로 치수 안정성 측면에서 근본적인 장점이 있으므로, 종래와 같이 탱크의 외측에 발포성 단열재를 바로 배치하는 것보다 구조적으로 훨씬 안정적이다.
또한, 진공단열재는 제조 과정에서 고압으로 압축하면서 진공화 작업이 수반되므로 근본적으로 기존의 발포성 단열재보다 압축하중에 상당히 강하다. 특히 진공단열재의 코어로서 흄드 실리카를 사용하는 경우에는 밀도 자체가 다른 발포성 단열재보다 월등히 높으므로 압축강도 측면에서 유리하다. 따라서 고성능 단열재(110)로서 진공단열재를 이용하면 종래 대비 구조적으로 훨씬 안정된 단열시스템을 구축할 수 있다.
그리고, 고성능 단열재(110)를 에어로젤 단열재로 마련하는 경우에는, 에어로젤이 블랑켓 형태로 가공되기 때문에 열팽창/수축에 의한 균열이 발생하지 않는다.
열전도율이 낮은 소재로 이루어지는 열충격 방지용 단열층(100)은 기존의 단열재와 비교하여 얇은 두께로도 동일한 단열 효과를 기대할 수 있다. 따라서 단열층의 두께를 기존 대비 현저하게 감소시키는 것이 가능하고, 이는 탱크(T)가 배치되는 공간의 활용도를 높이거나 또는 탱크 체적당 LNG의 적재 효율을 증대시키는 효과로 이어질 수 있다.
본 발명에서 고성능 단열재(110)로서 일반 경질 폴리우레탄 폼의 약 6 내지 10배 가량의 단열성능을 가지는 진공단열재를 이용하는 경우에 고성능 단열재(110)의 바람직한 두께는 30 ~ 50 mm로 형성될 수 있다. 또한, 본 발명에서 고성능 단열재(110)로서 일반 경질 폴리우레탄 폼의 약 1.5 내지 3배 가량의 단열성능을 가지는 에어로젤 단열재를 이용하는 경우에는 고성능 단열재(110)의 바람직한 두께는 100 ~ 200 mm로 형성될 수 있다. 이는 경질 폴리우레탄 폼을 300 ~ 350 mm로 형성하는 것과 동일하거나 그를 상회하는 성능을 갖추기 위함이다.
한편, 고성능 단열재(110)의 상면이나 하면에는, 추가적인 단열을 위한 목적이나 고성능 단열재(110)를 보호하기 위한 목적으로, 보조 단열재나 보호재가 더 배치될 수 있다.
특히 고성능 단열재(110)로서 진공단열재를 이용하는 경우에는, 진공단열재가 얇은 금속 피복에 의해 내부 코어를 감싸는 구조로 구성되어 충격에 취약하고, 기밀이 조금이라도 파손될 경우 외부 공기의 유입으로 단열성능이 떨어지는 문제가 있으므로, 외부 충격으로부터 보호될 필요가 있다.
이를 위해 본 발명에서 탱크(T)와 고성능 단열재(110) 사이에는 신축에 따른 마찰저항을 줄이는 역할을 할 수 있도록 보호시트(미도시)가 배치될 수 있다.
보호시트(미도시)는 시트 형상의 유연한 부재로 마련될 수 있으며, 고성능 단열재(110)가 탱크(T)의 표면에 직접 접촉되지 않도록 하여, 고성능 단열재(110)의 하부를 보호하는 역할을 한다. 보호시트(미도시)로는 예컨대, 유리섬유를 시트 형상으로 직조한 글라스 클로스(Glass cloth)나 합성수지(Synthetic resin) 시트 등이 이용될 수 있다.
이와 같이, 탱크(T)와 고성능 단열재(110) 사이에 보호시트(미도시)를 배치하면, 탱크(T)의 열수축 및 팽창 현상이 반복적으로 일어나더라도 고성능 단열재(110)의 피로 균열 및 마모 손상이 발생하지 않는 장점이 있다.
또한, 보호시트(미도시)를 배치하는 대신에 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리스티렌(Polystyrene) 등과 같은 폴리머 계열의 물질을 필름 형태로 고성능 단열재(110)의 외면에 코팅하는 방식도 고려될 수 있다.
또한, 서로 인접하는 고성능 단열재(110) 사이에 발생하는 간극에는, 해당 간극을 메워 외부로부터의 열침입을 방지하는 동시에 고성능 단열재(110)의 측부를 보호할 수 있도록, 충격흡수부재(미도시)가 설치될 수 있다.
충격흡수부재(미도시)는 충격을 흡수하는 기능을 하면서 단열성능까지 갖추는 유연한 소재, 예컨대 멜라민 폼과 같은 폼(foam) 소재나 글라스울 또는 고무(rubber) 소재가 이용될 수 있다.
고성능 단열재(110)가 진공단열재인 경우에 충격흡수부재(미도시)로서 공기 차단성이 뛰어난 클로즈셀(close cell) 소재를 이용하면, 충격흡수부재(미도시)가 진공단열재의 주위를 감싸 공기의 출입을 더욱 확실히 차단하게 되므로, 진공단열재의 장기간 사용시에도 단열성능이 그대로 유지되는 효과도 얻을 수 있다.
또한, 탱크(T)의 거친 표면, 탱크(T)의 수축/팽창 또는 선체의 거동으로 인한 움직임 발생에 의해 고성능 단열재(110)가 손상되는 것을 방지하기 위하여, 고성능 단열재(110)는 탱크(T)의 외측부에 견고하게 구속될 것이 요구된다.
이를 위해, 본 발명에서 고성능 단열재(110)는, 극저온용 접착제를 이용하여 탱크(T) 외벽에 직접 부착되거나, 또는 후술하는 커넥터(410)나 테이프 등을 이용하여 탱크(T)의 외벽에 고정될 수 있다.
이때, 고성능 단열재(110)가 진공단열재로 마련되는 경우에는, 단열재로서는 상대적으로 무거운 약 200 ~ 250 kg/m3 인 진공단열재의 비중을 고려하였을 때, 선체 거동이나 Dynamic 하중에 의하여 진공단열재의 박리 또는 파손이 발생할 수 있으며, 이러한 문제는 고성능 단열재(110)의 고정을 접착 방식에만 의존할 경우에 발생할 수 있으므로, 본 발명에서는 고성능 단열재(110)에 대한 기계적 부착 방식에 대한 검토가 요구된다.
이하에서는, 커넥터(410)를 이용하여 고성능 단열재(110)를 탱크(T) 외벽에 기계적인 방식으로 고정시키는 구체적인 구조에 대하여 살펴본다.
도 4를 참조하면, 본 발명에서 탱크(T)의 외벽에는 고성능 단열재(110)를 고정시키기 위한 커넥터(410)가 설치된다. 커넥터(410)는 고성능 단열재(110)의 단부를 구속하여 탱크(T)로부터의 이탈을 방지하고, 고성능 단열재(110)의 위치를 고정시켜 움직임을 제한시키는 역할을 한다.
커넥터(410)는 하단부가 탱크(T)의 외벽에 용접에 의해 고정될 수 있으며, 탱크(T)의 외측 방향을 향하여 탱크(T)의 외측 방향을 향하여 돌출되는 형태로 마련될 수 있다.
본 발명에서 커넥터(410)는 고성능 단열재(110)의 이탈을 방지하고 위치를 고정시키는 역할만 하면 되므로, 고성능 단열재(110)의 모든 가장자리를 따라 연장되도록 설치될 필요는 없으며, 고성능 단열재(110)의 일부만 잡아주도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 커넥터(410)는, 수직 방향으로 설치되는 판 부재가 서로 교차하여 십(十)자 형태의 수평단면을 가지는 수직부재(411)와, 수직부재(411)의 상단부에 결합되는 판상의 수평부재(412)를 포함할 수 있다. 수직부재(411)는 고성능 단열재(110)의 수평방향 움직임을 제한하고, 수평부재(412)는 고성능 단열재(110)가 탱크(T)로부터 분리 이탈되는 것을 방지한다.
도 5의 (a)에 도시된 형태의 커넥터(410)는, 고성능 단열재(110)의 모퉁이 부분을 고정시키도록 설치될 수 있으며, 하나의 커넥터(410)에 네 개의 고성능 단열재(110)의 모퉁이 부분이 동시에 고정될 수 있다.
또한, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 커넥터(410')는, 판상의 수직부재(411')와 수평부재(412')가 결합되어 전체적으로 T자 형상의 수직단면을 가지는 구조로 제작될 수 있으며, 고성능 단열재(110)의 모서리 단부를 고정시키도록 설치될 수 있다. 이때 하나의 커넥터(410')에 서로 이웃하는 두 개의 고성능 단열재(110)의 모서리 단부가 동시에 고정될 수 있다.
본 발명에서 커넥터(410)와 고성능 단열재(110) 사이에는 전술한 충격흡수부재(미도시)가 배치될 수 있으며, 예컨대 고성능 단열재(110)와 마주하는 커넥터(410)의 내측면에 충격흡수부재(미도시)가 부착된 상태로 제공될 수 있다.
한편, 도 5에서 제시되는 커넥터(410)의 구조는 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 커넥터(410)의 형태나 형상이 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명에서 커넥터(410)는 고성능 단열재(110)의 이탈을 방지하고 위치를 고정시킬 수 있는 것이라면 다양한 형상으로 변형 적용될 수 있음은 물론이다.
커넥터(410)는 탱크(T)의 외벽에 미리 정한 간격만큼 이격된 상태로 배치될 수 있으며, 커넥터(410) 사이에 형성되는 간격 내에 고성능 단열재(110)의 배치가 이루어질 수 있다.
이때, 고성능 단열재(110)의 원활한 배치를 위하여, 커넥터(410)는 수직부재(411)와 수평부재(412)로 분리 구성될 수 있으며, 탱크(T)의 외벽에 기용접된 수직부재(411) 사이의 간격에 고성능 단열재(110)를 배치한 후, 수직부재(411)의 상단부에 볼팅(bolting)이나 용접(welding) 등의 방법을 이용하여 수평부재(412)의 결합이 이루어질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 고성능 단열재(110)의 용이한 배치가 가능하다면 커넥터(410)가 일체의 구성으로 제작될 수도 있을 것이다.
커넥터(410)는 탱크(T)와의 용접 등 시공 용이성을 고려하였을 때 금속 재질로 구성될 수 있다. 커넥터(410)는 탱크(T)에 직접 연결되는 구조물이므로 열교 측면에서는 비금속 재질로 구성되는 것이 유리할 수 있지만, 본 발명에서는 후술하는 바와 같이 발포성 단열층(200)이 커넥터(410)를 모두 덮도록 형성되므로 열교 차단 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명은 추가적인 열교 차단을 위해 커넥터(410)의 상부에 열교 차단용 단열재(500)를 추가 배치할 수도 있다.
열교 차단용 단열재(500)로는, 고성능 단열재(110)와 같은 진공단열재나 에어로젤 단열재 등을 이용할 수 있으며, 또는 고성능 단열재(110)보다는 열전도율이 높지만 발포성 단열층(200)보다는 열전도율이 낮은 다른 기타 단열재를 이용하는 것도 가능하다.
한편, 발포성 단열층(200)을 구성하는 대표적인 발포성 폴리머로서 폴리우레탄 폼은 밀도가 40kg/m3 정도로 가벼운 반면, 흄드 실리카 진공단열재의 경우 밀도가 약 250kg/m3 까지도 사용이 되는데, 이러한 발포성 단열층(200)과 열충격 방지용 단열층(100)의 밀도 차이는 소형 탱크에서는 중요하지 않지만, 선박의 6자 운동에 의한 동적 하중을 모두 받는 대형 탱크에서는 중요하게 작용할 수 있다.
본 발명은 전술한 커넥터(410)나 테이프를 이용한 고정장치로 고성능 단열재(110)를 견고하게 고정시킴으로써, 발포성 단열층(200)과 열충격 방지용 단열층(100)의 밀도 차이에서 오는 문제(예컨대, 탱크(T) 외벽으로부터의 거리 차이에 따라 작용하는 하중이 상이함에 따라 발포성 단열층(200)과 열충격 방지용 단열층(100) 사이의 접촉부에서 열응력이 발생하는 문제 등)에도 대응이 가능하다.
테이프에 의한 고정은 외부 피복을 통한 고정방식으로 볼 수 있으며, 이때 테이프는 극저온에서 사용 가능한 알루미늄 테이프(Aluminium tape) 등을 이용할 수 있다.
또한, 커넥터(410)를 이용하여 고성능 단열재(110)를 고정하는 경우에도, 고성능 단열재(110)에서 커넥터(410)에 의해 직접적으로 고정되지 않는 부분을 테이핑(taping) 또는 랩핑(lapping)하여 추가 고정시킬 수도 있다.
발포성 단열층(200)은, 열충격 방지용 단열층(100)의 외측에 형성되는 보조 단열층으로서, 발포성 폴리머, 예컨대 폴리우레탄 폼이나 폴리스티렌 폼과 같은 경량의 단열재로 이루어질 수 있다.
발포성 단열층(200)은 2차적인 단열기능을 하기는 하지만, 본 발명에서 주로 단열기능을 담당하는 것은 열충격 방지용 단열층(100)이고, 발포성 단열층(200)은 전술한 커넥터(410)를 통한 열교를 추가적으로 차단하고 열충격 방지용 단열층(100)을 보호하는 기능이 더 크다. 본 발명에서 발포성 단열층(200)은 대략 20 ~ 100 mm의 두께로 형성되는 것으로 상기의 기능을 충분히 할 수 있으며, 따라서 종래에 300 ~ 350mm로 형성되었던 발포성 단열재에 비해 두께를 대폭 축소시키는 것이 가능하다.
발명에서 발포성 단열층(200)은, 전술한 스프레이 방식과 패널 방식을 모두 이용할 수 있으며, 이에 대한 구제적인 내용은 뒤에서 도 6 내지 도 8을 참조하여 자세히 살펴보록 한다.
본 발명에서 발포성 단열층(200)은, 열충격 방지용 단열층(100)에 의해 탱크(T) 외벽과 일정 간격 이격된 위치에 형성됨에 따라 탱크(T)의 열수축 및 팽창에 따른 거동에 직접적으로 영향을 받지 않으며, 따라서 기존 스프레이 방식의 시공상 불리함 및 균열 문제를 해결하는 것이 가능하고, 또는 기존 패널 방식의 유리한 이점을 가져오면서도 틈 발생에 의한 열교 문제를 해결하는 것이 가능하다. 이에 대해서도 뒤에서 각 실시예별로 구체적으로 살펴보기로 한다.
보호층(300)은 UV 노출 및 해수 노출을 방지하기 위하여 발포성 단열층(200)의 외측면에 마지막으로 피복 형성되는 층으로서, 본 발명에 따른 압력식 저장탱크의 외면을 마감하는 구성으로 볼 수 있다.
보호층(300)은, 폴리우레아(Polyurea)와 같은 폴리머 계열의 피복재를 코팅하여 형성되거나, 스테인레스강(SUS), 알루미늄 등의 금속시트나 섬유강화 플라스틱과 같은 복합소재를 박막으로 하여 발포성 단열층(200)의 외면에 접착 고정시킴으로써 형성될 수 있다.
이하에서는, 도 6 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 발포성 단열층(200)의 구체적인 구조를 실시예별로 살펴본다.
먼저 도 6을 참조하여 '스프레이 방식'으로 시공되는 제1 실시예에 따른 발포성 단열층(200)의 단열구조에 대하여 살펴본다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 발포성 단열층(200)은, 열충격 방지용 단열층(100)의 외면에 발포폼 단열재(210)가 분사되어 외부 단열층을 형성한다.
발포폼 단열재(210)는 폴리우레탄 폼이나 폴리스티렌 폼과 같은 폴리머 계열 소재의 발포폼일 수 있으며, 스프레이건 등에 의해 열충격 방지용 단열층(100)의 외면에 직접 분사된 발포폼 원액이 열충격 방지용 단열층(100)과 접촉한 상태로 발포 및 경화되며, 경화된 후에는 내측면이 열충격 방지용 단열층(100)의 외면에 접착된다.
발포폼 단열재(210)의 설치가 완료된 이후에는, 마지막으로 보호층(300)을 발포폼 단열재(210)의 외부에 피복하여 감싸는 방식으로 마감할 수 있다.
본 실시예에서 발포성 단열층(200)은 커넥터(410)를 통한 열교를 추가적으로 차단하고 열충격 방지용 단열층(100)을 보호하는 기능만 하면 되므로, 기존과 같이 300 ~ 350 mm 이상의 두꺼운 두께로 형성할 필요는 없다. 따라서 본 실시예에서 발포성 단열층(200)을 스프레이 방식으로 시공한다 하더라도, 발포성 단열층(200)의 중간에 보강층(메쉬 등)을 설치할 필요는 없어지며, 이에 따라 기존에 존재하였던 시공상의 불리함은 본 실시예에서는 문제되지 않는다.
또한, 본 실시예에서 발포성 단열층(200)은, 열충격 방지용 단열층(100)에 의해 탱크(T) 외벽과 일정 간격 이격된 위치에 형성되고, 해당 위치는 거의 상온으로 형성되므로, 기존에 발포성 폴리머와 금속 탱크 사이의 열팽창 계수 차이에 의한 균열 또는 파손의 문제도 발생하지 않는다.
즉, 본 실시예 따르면, 탱크(T)의 바로 외측에 배치되는 열충격 방지용 단열층(100)에 의해 발포성 단열층(200)의 두께를 대폭 감소시키는 것이 가능하여 종래의 시공성 문제를 해결하는 것이 가능하고, 또한, 발포성 단열층(200)이 거의 상온에서 거동하므로 탱크(T)와의 열팽창 계수 차이에 의한 균열 발생의 문제를 고려하지 않고도 발포성 단열층(200)을 스프레이 방식으로 시공하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시예에 따르면, 발포폼 단열재(210)가 열충격 방지용 단열층(100)의 외면에 빈틈없이 꼼꼼하게 형성되기 때문에, 커넥터(410)를 통한 열교 방지 측면에서 후술하는 제2 실시예보다 유리할 수 있다.
또한, 커넥터(410)의 상부에 열교 차단용 단열재(500)가 추가 배치되는 경우에는, 커넥터(410)의 상부에 열교 차단용 단열재(500)를 거치한 상태에서 발포폼 단열재(210)의 발포 원액을 분사하여 발포성 단열층(200)을 형성하면 되므로, 본 실시예는 열교 차단용 단열재(500)의 설치가 매우 간단하게 이루어질 수 있다는 장점이 있다.
다음으로, 도 7을 참조하여 '패널 방식'으로 시공되는 제2 실시예에 따른 발포성 단열층(200)의 단열구조에 대하여 살펴본다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 발포성 단열층(200)은, 다수의 패널형 단열재(220)가 열충격 방지용 단열층(100)의 외측에 연달아 배열되어 형성될 수 있다.
패널형 단열재(220)는, 폴리우레탄 폼 등 폴리머 계열의 발포폼을 일정한 형태로 가공한 것으로서, 단위 유닛 또는 단위 모듈로 제작될 수 있다. 구체적으로 발포폼은 소정의 면적과 두께를 가지도록 제작되며, 필요에 따라 발포폼의 상면이나 하면 혹은 상하면 모두에 기계적 강도를 부여하기 위한 목적으로 보호판이 부착될 수 있다. 보호판으로는 스테인리스강이나 알루미늄, 알루미늄 합금과 같은 금속 소재나 플라이우드(plywood) 합판 또는 섬유강화 플라스틱(FRP: Fiber glass Reinforced Plastic)과 같은 복합소재를 사용할 수 있다.
패널형 단열재(220)는 하면이 열충격 방지용 단열층(100)의 상부에 접착 방식으로 고정될 수 있으며, 열충격 방지용 단열층(100)의 상부에 패널형 단열재(220)의 설치가 이루어진 이후, 마지막으로 보호층(300)을 패널형 단열재(220)의 외부에 피복하여 감싸는 방식으로 마감할 수 있다.
본 실시예에서 커넥터(410)의 상부에 열교 차단용 단열재(500)가 추가 배치되는 경우에는, 패널형 단열재(220)의 하부에 열교 차단용 단열재(500)를 삽입시키는 방식을 이용할 수 있다. 즉, 패널형 단열재(220)의 제조 과정에서 열교 차단용 단열재(500)를 내측 하부에 미리 삽입시키거나, 혹은 패널형 단열재(220)의 하단면에 열교 차단용 단열재(500)의 삽입을 위한 홈을 형성하여 끼워넣을 수 있다.
본 실시예와 같이 발포성 단열층(200)을 패널 방식으로 시공하는 경우, 설치가 용이하고 시공 과정에서 비산에 의한 단열재의 손실이 없다는 장점과, 패널형 단열재(220) 내부의 균일성 및 압축강도 측면에서 유리한 이점이 있다.
또한, 발포성 단열층(200)이 다수의 패널형 단열재(220)가 연달아 배치되는 방식으로 형성된다 하더라도, 본 실시예에서 발포성 단열층(200)은 탱크(T)와의 사이에 배치되는 열충격 방지용 단열층(100)에 의해 거의 상온에서 거동하므로, 기존에 발포성 폴리머와 금속 탱크 사이의 열팽창 계수 차이에 의해 패널 사이에 틈이 발생하는 문제는 본 실시예에서는 문제되지 않는다.
본 실시예에서 패널형 단열재(220)는 하부에 배치되는 고성능 단열재(210)와 가장자리가 서로 엇갈리도록 교차 배치될 수 있다. 구체적으로는, 서로 이웃하는 고성능 단열재(210) 사이에 발생하는 간극과 서로 이웃하는 패널형 단열재(220) 사이에 발생하는 간극이 수직방향에 대하여 서로 어긋나게 배치하여, 하부층에서 발생하는 간극으로부터 상부층에서 발생하는 간극이 서로 이어지지 않도록 함으로써, 단열재 사이의 간극을 통한 열교 현상을 저감시킬 수 있다.
한편, 본 발명에서 발포성 단열층(200)은, 제1 실시예와 같이 스프레이 방식으로 형성되는 경우와 제2 실시예와 같이 패널 방식으로 형성되는 경우 모두 열충격 방지용 단열층(100)과 커넥터(410)의 상부를 모두 덮는 형태로 구성되므로, 어떠한 경우이든 커넥터(410)를 통한 열교 현상을 방지할 수 있다.
마지막으로, 도 8을 참조하여 '스프레이 방식'과 '패널 방식'이 혼용되어 시공되는 제3 실시예에 따른 발포성 단열층(200)의 단열구조를 살펴본다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에서 발포성 단열층(200)은, 제1 실시예에서의 발포폼 단열재(210)와 제2 실시예에서의 패널형 단열재(220)가 혼용되는 구조로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 본 실시예에서 발포성 단열층(200)은 일부 구역에 형성되는 발포폼 단열재(210)와, 발포폼 단열재(210)에 의해 형성되는 구역을 제외한 나머지 구역에 형성되는 패널형 단열재(220)를 포함할 수 있는데, 이때, 발포폼 단열재(210)와 패널형 단열재(220)의 배치는 설치 구역에 따른 작업 난이도와 열교 차단의 중요도 등을 고려하여 결정될 수 있다.
예컨대, 도면에 도시된 바와 같이, 커넥터(410)가 설치되는 구역은 커넥터(410)에 의한 돌출부가 형성되어 패널 타입의 적용시 시공이 까다로울 수 있고, 특히 커넥터(410)의 상부에 열교 차단용 단열재(500)가 설치되는 경우에는 작업 난이도가 더욱 상승할 수 있다.
따라서 본 실시예에서는 커넥터(410)가 설치되는 구역에는 발포폼 원액을 직접 분사하는 방식으로 시공되는 발포폼 단열재(210)를 설치하고, 이를 제외한 나머지 구역에는 시공이 용이한 패널형 단열재(220)를 설치할 수 있다. 이때, 배치가 용이한 패널형 단열재(220)를 먼저 설치하고, 남는 공간에 발포폼 단열재(210)를 분사하는 방식으로 발포성 단열층(200)의 시공이 이루어질 수 있다.
또한, 본 실시예는 열충격 방지용 단열층(100)의 외측면이 평편하게 형성되는 구역에는 패널형 단열재(220)를 설치하고, 곡면을 포함하는 구역에는 발포폼 단열재(210)를 설치하는 방식으로 활용될 수도 있다. 이러한 방식을 활용하면, 평편한 구역에 설치되는 패널형 단열재(220)는 곡면을 포함하지 않는 단순 육면체 형태로 제작하는 것이 가능하고, 곡면을 포함하는 구역에는 스프레이 방식을 이용하여 단열층을 형성하는 것이 가능하므로, 설치 시공성이 현저하게 향상될 수 있다.
도면에는 발포폼 단열재(210)와 패널형 단열재(220)가 각각 번갈아 설치되는 구조가 도시되어 있지만, 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 설치 구역마다 작업 난이도 등을 고려하여 발포폼 단열재(210)와 패널형 단열재(220)를 선택적으로 적용하여 설치할 수 있는 것이다.
이와 같이 스프레이 방식과 패널 방식을 혼용하여 발포성 단열층(200)을 시공하는 본 실시예 의하면, 설치 구역에 따라 각 타입의 장점을 살려 시공하는 것이 가능하고, 이에 따라 탱크(T) 외측에 형성되는 단열시스템의 보다 유연한 설계가 가능하다는 효과가 있다.
한편, 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 커넥터(410)는 각각의 고성능 단열재(110)마다 모두 대응되게 설치되어야 하는 것은 아니다. 커넥터(410)는 고성능 단열재(110)의 이탈 방지 및 위치를 고정시키는 역할만 하면 되므로, 필요에 따라 다수의 고성능 단열재(110) 중 일부에만 설치될 수도 있으며, 만약 테이핑이나 래핑과 같은 추가 고정장치(420)로 고성능 단열재(110)를 추가 고정시키는 경우에는, 이에 따른 추가 고정력을 고려하여 커넥터(410)의 개수를 자유롭게 증감시키는 것이 가능하다.
도 9는 본 발명에 따른 압력식 저장탱크의 단열시스템에서 고성능 단열재가 복수의 층으로 마련되어 교차 배치되는 구조를 나타낸 도면이다.
한편, 본 발명에서 고성능 단열재(110)로서 진공단열재를 적용시, 진공단열재의 외피는 금속으로 이루어지므로 금속 표면을 통한 열교 현상이 일어날 수 있는데, 본 발명은 진공단열재로 구성되는 고성능 단열재(110)를 교차 배치함으로써 상기의 문제를 해결할 수 있다.
구체적으로, 본 발명은 열충격 방지용 단열층(100)을 2 이상의 복수의 층으로 분할하고, 하부에 배치되는 고성능 단열재(110)와 상부에 배치되는 고성능 단열재(110)의 가장자리가 서로 엇갈리도록 교차 적층시킬 수 있다.
이러한 구성에 따르면, 하부층에 배치되는 고성능 단열재(110) 사이의 간극과 상부층에 배치되는 고성능 단열재(110) 사이의 간극이 서로 수직방향으로 이어지지 않으므로, 간극을 통한 열교 현상을 상당히 저감시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서는 전술한 바와 같이 고성능 단열재(110)의 외측에 발포성 단열층(200)이 배치되므로, 고성능 단열재(110)가 진공단열재로 구성되더라도 이를 통해 발생하는 열교 현상은 거의 미미한 수준에 그친다.
본 실시예에서와 같이 열충격 방지용 단열층(100)이 2 이상의 복수의 층으로 분할되는 경우, 전술한 커넥터(410)는 하부에 배치되는 고성능 단열재(110)와 상부에 배치되는 고성능 단열재(110)를 동시에 고정시킬 수 있는 구조로 마련될 수 있으며, 또는 하부에 배치되는 고성능 단열재(110)는 커넥터(410)로 고정시키고 상부에 배치되는 고성능 단열재(110)는 테이핑이나 래핑을 이용하여 고정시킬 수도 있다.
본 발명에 따르면, 금속과 열팽창 계수 차이가 큰(통상 4 내지 10배 차이가 남) 발포성 단열층(200)을 탱크(T)의 외벽과 일정 간격 이격된 위치에 형성함으로써, 기존의 발포성 폴리머가 탱크의 외벽에 직접 접촉하는 경우 균열이나 파손이 발생하는 문제(스프레이 방식) 또는 틈 발생에 의해 단열성능이 저하되는 문제(패널 방식)를 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 열전도율이 낮은 고성능 단열재(110)로 이루어지는 열충격 방지용 단열층(100)에 의해 발포성 단열층(200)은 극저온에 노출되지 않고 상온에 가까운 온도에만 노출되므로, 발포성 단열층(200)을 구성하는 발포성 폴리머의 내구성 측면에서 최고의 성능이 구현될 수 있다.
즉, 열역학 법칙에 따라 단열성능이 서로 다른 여러 소재로 단열층을 구성하는 경우, 단열성능이 가장 좋은소재가 대부분의 단열성능을 구현하게 되므로, 고성능 단열재(110)의 이면에 배치되는 발포성 단열층(200)의 온도는 상온과 유사하게 된다. 일례로, 탱크(T) 내에 수용되는 LNG의 온도를 -163℃, 외부 대기 온도를 15℃로 가정한 후, 40 mm 두께의 진공단열재로 열충격 방지용 단열층(100)을 구성하는 경우, 열충격 방지용 단열층(100)과 발포성 단열층(200) 사이의 온도는 약 영상 11 ~ 12℃로 계산된다.
이와 같이, 본 발명에서 발포성 단열층(200)은 항시 상온과 가까운 온도에서 거동하므로, 열충격에 의한 균열이나 파손 등의 문제 및 극저온에 의한 취성 파괴 문제가 근본적으로 해결될 수 있다.
그리고, 본 발명에 따르면, 고성능 단열재(110)로 이루어지는 열충격 방지용 단열층(100)의 두께를 줄일 수 있음은 물론, 열충격 방지용 단열층(100)의 외부에 형성되는 발포성 단열층(200)이 열충격 방지용 단열층(100)을 보호하는 역할만 하면 되기에 발포성 단열층(200)의 두께도 기존 대비 대폭 줄일 수 있다.
예를 들어, 고성능 단열재(110)로서 진공단열재를 사용하는 경우, 진공단열재는 일반 경질 폴리우레탄 폼의 약 6 내지 10배 가량의 단열성능을 가지므로, 열충격 방지용 단열층(100)을 50 mm의 두께로만 형성하더라도 폴리우레탄 폼(발포성 단열재)을 대략 300 ~ 500 mm 두께로 시공한 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다. 즉, 종래와 같이 발포성 단열재를 탱크 외벽에 직접 시공하는 경우보다 단열층의 두께를 6 ~ 10배 감소시킬 수 있는 것이다.
즉, 본 발명은 발포성 단열층(200)의 두께를 최소한으로만 시공하는 것이 가능하여 발포성 단열재의 시공 측면의 어려움 및 자재 손실률의 문제를 근본적으로 해결하는 것이 가능함은 물론, 탱크(T) 외벽에 형성되는 전체 단열층의 두께를 획기적으로 감소시키는 것이 가능하여, 선내 공간 활용도를 높이고, 탱크 체적당 LNG의 적재 효율을 증대시키는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명은 발포성 단열층(200)을 형성함에 있어서, 스프레이 방식이나 패널 방식을 이용하는데 제약이 없다는 장점이 있다. 본 발명에서 발포성 단열층(200)은 탱크(T) 외벽으로부터 일정 간격 이격된 위치에 형성되므로, 기존의 스프레이 방식이나 패널 방식이 가지고 있던 문제점들을 고려하지 않고 어느 방식이든 자유롭게 시공 방식을 선택할 수 있다.
또한, 본 발명은 설치 구역에 따라 작업 난이도(시공성, 평편도 등)를 고려하여, 스프레이 방식과 패널 방식을 혼용하여 발포성 단열층(200)을 형성하는 것도 가능하다. 따라서 본 발명은 단열시스템의 설치가 이루어지는 구역마다 가장 적합한 타입의 시공 방식을 선택하여 적용하는 것이 가능하고, 이에 따라 단열시스템의 보다 유연한 설계가 가능한 효과가 있다.
발포성 단열층(200)을 패널 방식으로 구성하는 경우에는, 패널 방식이 가지는 설치 용이성, 단열재 내부의 균일성, 압축강도의 우월성 및 비산에 의한 단열재의 손실이 없다는 장점의 구현이 가능해진다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100 : 열충격 방지용 단열층
110 : 고성능 단열재
200 : 발포성 단열층
210 : 발포폼 단열재
220 : 패널형 단열재
300 : 보호층
410 : 커넥터
420 : 테이프
500 : 열교 차단용 단열재

Claims (17)

  1. 내부에 극저온의 액화가스가 수용되는 공간이 형성되며, 내부의 액화가스가 기화되어 발생하는 내부압력을 견딜 수 있도록 압력용기로 마련되는 탱크;
    상기 탱크의 외측에 1차적인 단열층으로서 형성되는 열충격 방지용 단열층;
    상기 열충격 방지용 단열층의 외측에 2차적인 단열층으로서 형성되는 발포성 단열층; 및
    상기 발포성 단열층의 외측에 형성되어 단열시스템을 마감하는 보호층을 포함하고,
    상기 발포성 단열층은 발포성 폴리머 계열의 단열재로 이루어지며,
    상기 열충격 방지용 단열층은 진공단열재 및 에어로젤 단열재 중 어느 하나의 고성능 단열재를 포함하여, 상기 발포성 단열층보다 열전달 계수가 낮은 것을 특징으로 하는,
    극저온 액화가스가 저장되는 압력식 저장탱크의 단열구조.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 고성능 단열재는 단위 유닛으로 제작되며 다수개가 상기 탱크의 외벽이 이루는 면을 따라 연달아 배열됨으로써 상기 열충격 방지용 단열층을 형성하는 것을 특징으로 하는,
    극저온 액화가스가 저장되는 압력식 저장탱크의 단열구조.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 발포성 단열층은, 상기 발포성 폴리머 계열의 발포폼 원액이 상기 열충격 방지용 단열층의 외측에 직접 분사되어 발포 및 경화된 발포폼 단열재로 이루어지거나, 또는 상기 발포성 폴리머 계열의 발포폼을 일정한 형태로 가공하여 단위 유닛으로 제작된 패널형 단열재로 이루어지거나, 또는 상기 발포폼 단열재와 상기 패널형 단열재를 혼용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    극저온 액화가스가 저장되는 압력식 저장탱크의 단열구조.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 패널형 단열재는 하부에 배치되는 상기 고성능 단열재와 수직 방향을 따른 가장자리가 서로 엇갈리도록 교차 배치되는 것을 특징으로 하는,
    극저온 액화가스가 저장되는 압력식 저장탱크의 단열구조.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 고성능 단열재는 상기 탱크 외벽에 설치되는 커넥터에 의해 고정되거나 또는 테이핑(taping) 혹은 래핑(lapping)에 의해 상기 탱크 외벽에 외부 피복 방식으로 고정되거나, 또는 상기 커넥터와 상기 외부 피복 방식을 혼용하여 고정되는 것을 특징으로 하는,
    극저온 액화가스가 저장되는 압력식 저장탱크의 단열구조.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 커넥터는, 상기 하단부가 상기 탱크 외벽에 고정되며 상단부가 상기 탱크의 외측 방향을 향하여 돌출되는 형태로 마련되어 상기 고성능 단열재의 상기 탱크의 면방향에 대한 이동을 제한하는 수직부재와, 상기 수직부재의 상단에 결합되어 상기 고성능 단열재가 상기 탱크로부터 분리 이탈되는 것을 방지하는 수평부재를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    극저온 액화가스가 저장되는 압력식 저장탱크의 단열구조.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 커넥터는 상기 고성능 단열재의 모퉁이 부위 혹은 모서리 단부를 고정시키는 것을 특징으로 하는,
    극저온 액화가스가 저장되는 압력식 저장탱크의 단열구조.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 커넥터의 상부에는 상기 커넥터를 통한 열교 현상을 차단할 수 있도록 열교 차단용 단열재가 추가 배치되는 것을 특징으로 하는,
    극저온 액화가스가 저장되는 압력식 저장탱크의 단열구조.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 커넥터가 설치되는 구역의 상부에는 상기 발포폼 단열재가 설치되고, 상기 발포폼 단열재가 설치된 구역 이외의 나머지 구역에는 상기 패널형 단열재가 설치되어, 상기 발포성 단열층을 형성하는 것을 특징으로 하는,
    극저온 액화가스가 저장되는 압력식 저장탱크의 단열구조.
  10. 청구항 3에 있어서,
    상기 탱크의 외벽이 평편한 면을 이루는 구역에는 상기 패널형 단열재가 설치되고, 상기 탱크의 외벽이 곡면을 포함하는 구역에는 상기 발포폼 단열재가 설치되어, 상기 발포성 단열층을 형성하는 것을 특징으로 하는,
    극저온 액화가스가 저장되는 압력식 저장탱크의 단열구조.
  11. 청구항 5에 있어서,
    상기 고성능 단열재와 상기 탱크의 외벽 사이에는 상기 고성능 단열재가 상기 탱크 외벽에 직접 접촉되지 않도록 하는 보호시트가 배치되는 것을 특징으로 하는,
    극저온 액화가스가 저장되는 압력식 저장탱크의 단열구조.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 보호시트는 글라스 클로스(Glass cloth) 또는 합성수지(Synthetic resin) 시트인 것을 특징으로 하는,
    극저온 액화가스가 저장되는 압력식 저장탱크의 단열구조.
  13. 청구항 5에 있어서,
    상기 고성능 단열재의 외면에는 폴리머 계열의 물질이 필름 형태로 코팅되는 것을 특징으로 하는,
    극저온 액화가스가 저장되는 압력식 저장탱크의 단열구조.
  14. 청구항 5에 있어서,
    서로 이웃하는 상기 고성능 단열재 사이의 간극에는 상기 고성능 단열재의 움직임에 의한 충격을 흡수할 수 있도록 충격흡수부재가 배치되는 것을 특징으로 하는,
    극저온 액화가스가 저장되는 압력식 저장탱크의 단열구조.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 충격흡수부재는 멜라민 폼을 포함하는 폼(foam) 소재, 글라스울, 고무 소재 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    극저온 액화가스가 저장되는 압력식 저장탱크의 단열구조.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 충격흡수부재는 클로즈셀(close cell) 소재인 것을 특징으로 하는,
    극저온 액화가스가 저장되는 압력식 저장탱크의 단열구조.
  17. 청구항 2에 있어서,
    상기 열충격 방지용 단열층은 2 이상의 복수의 층으로 분할 구획되고, 상기 2 이상의 복수의 층에서 하부 층을 구성하는 상기 고성능 단열재와 상부 층을 구성하는 상기 고성능 단열재는 수직 방향을 따른 가장자리가 서로 엇갈리도록 교차 배치되는 것을 특징으로 하는,
    극저온 액화가스가 저장되는 압력식 저장탱크의 단열구조.
KR1020200042902A 2020-04-08 2020-04-08 극저온 액화가스가 저장되는 압력식 저장탱크의 단열구조 KR102320577B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200042902A KR102320577B1 (ko) 2020-04-08 2020-04-08 극저온 액화가스가 저장되는 압력식 저장탱크의 단열구조

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200042902A KR102320577B1 (ko) 2020-04-08 2020-04-08 극저온 액화가스가 저장되는 압력식 저장탱크의 단열구조

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210125651A true KR20210125651A (ko) 2021-10-19
KR102320577B1 KR102320577B1 (ko) 2021-11-03

Family

ID=78228288

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200042902A KR102320577B1 (ko) 2020-04-08 2020-04-08 극저온 액화가스가 저장되는 압력식 저장탱크의 단열구조

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102320577B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230067305A (ko) * 2021-11-09 2023-05-16 강림인슈 주식회사 수소를 비롯한 극저온 저장 탱크용 단열장치 및 이의 시공방법
KR20230110406A (ko) * 2022-01-14 2023-07-24 (주)동성화인텍 액화수소운반선용 액화수소 저장탱크의 극저온 단열 시스템
WO2024019015A1 (ja) * 2022-07-19 2024-01-25 川崎重工業株式会社 極低温流体収容機器

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110047307A (ko) * 2009-10-30 2011-05-09 주식회사 화인텍 독립형 액화가스 탱크의 단열 패널 연결구조 및 연결방법
KR101034472B1 (ko) 2010-08-19 2011-05-17 주식회사 화인텍 독립형 액화가스 탱크의 단열구조 및 그 형성방법
KR20110051407A (ko) 2009-11-10 2011-05-18 주식회사 화인텍 이중 단열층을 가지는 독립형 액화가스 탱크
KR20130046642A (ko) * 2011-10-28 2013-05-08 대우조선해양 주식회사 Lng 화물창
KR20170071623A (ko) * 2015-12-15 2017-06-26 주식회사 경동원 독립형 액화가스 저장탱크의 교차적층 된 진공단열패널의 연결 구조

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110047307A (ko) * 2009-10-30 2011-05-09 주식회사 화인텍 독립형 액화가스 탱크의 단열 패널 연결구조 및 연결방법
KR20110051407A (ko) 2009-11-10 2011-05-18 주식회사 화인텍 이중 단열층을 가지는 독립형 액화가스 탱크
KR101034472B1 (ko) 2010-08-19 2011-05-17 주식회사 화인텍 독립형 액화가스 탱크의 단열구조 및 그 형성방법
KR20130046642A (ko) * 2011-10-28 2013-05-08 대우조선해양 주식회사 Lng 화물창
KR20170071623A (ko) * 2015-12-15 2017-06-26 주식회사 경동원 독립형 액화가스 저장탱크의 교차적층 된 진공단열패널의 연결 구조

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230067305A (ko) * 2021-11-09 2023-05-16 강림인슈 주식회사 수소를 비롯한 극저온 저장 탱크용 단열장치 및 이의 시공방법
JP2023070644A (ja) * 2021-11-09 2023-05-19 カンリム インシュレーション カンパニー リミテッド 水素を始めとする物質の極低温保存タンク用断熱装置及びその施工方法
KR20230110406A (ko) * 2022-01-14 2023-07-24 (주)동성화인텍 액화수소운반선용 액화수소 저장탱크의 극저온 단열 시스템
WO2024019015A1 (ja) * 2022-07-19 2024-01-25 川崎重工業株式会社 極低温流体収容機器

Also Published As

Publication number Publication date
KR102320577B1 (ko) 2021-11-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102320577B1 (ko) 극저온 액화가스가 저장되는 압력식 저장탱크의 단열구조
US11674643B2 (en) Corner structure for a sealed, thermally insulated tank
JP2019506338A (ja) 独立型液化ガス貯蔵タンクの交差積層された真空断熱パネルの連結構造
KR20220036383A (ko) 액화가스 저장탱크의 단열시스템 및 그 시공방법
KR102249073B1 (ko) 액화가스 저장탱크 및 이를 포함하는 선박
KR20220036384A (ko) 액화가스 저장탱크의 단열시스템 및 그 시공방법
KR102384171B1 (ko) 독립형 액화가스 저장탱크의 단열시스템
KR20220016430A (ko) 액화가스 저장탱크 및 이를 포함하는 선박
KR20150095383A (ko) 화물창의 단열박스 제작 방법 및 단열박스 구조
KR102375114B1 (ko) 액화가스 저장탱크 및 이를 포함하는 선박
KR102327634B1 (ko) 액화가스 저장탱크 및 이를 포함하는 선박
KR20230018992A (ko) 액화가스 저장탱크 및 이를 포함하는 선박
KR102677376B1 (ko) 액화가스 저장탱크 및 이를 포함하는 선박
KR102365770B1 (ko) 격납 시스템 및 그 제조 방법
KR102350337B1 (ko) 액화가스 저장탱크 및 이를 포함하는 선박
KR20120013248A (ko) 단열 보드 및 이를 포함하는 액화 천연 가스 저장 탱크
KR102327633B1 (ko) 액화가스 저장탱크 및 이를 포함하는 선박
KR102396656B1 (ko) 액화가스 저장탱크 및 이를 포함하는 선박
KR102340145B1 (ko) 액화가스 저장탱크 및 이를 포함하는 선박
KR102350340B1 (ko) 액화가스 저장탱크 및 이를 포함하는 선박
KR20220036382A (ko) 액화가스 저장탱크의 단열시스템 및 그 시공방법
KR20220115125A (ko) 액화가스 저장탱크의 단열구조 및 상기 액화가스 저장탱크의 단열구조 형성방법
KR20220099012A (ko) 액화가스 저장탱크의 단열구조 및 상기 액화가스 저장탱크의 단열구조 형성방법
KR20220116998A (ko) 액화가스 저장탱크의 단열구조 및 상기 액화가스 저장탱크의 단열구조 형성방법
KR20220087651A (ko) 액화가스 저장탱크의 단열구조 및 상기 액화가스 저장탱크의 단열구조 형성방법

Legal Events

Date Code Title Description
GRNT Written decision to grant