KR20120058171A

KR20120058171A - 액화천연가스 운반선의 단열방벽 접합구조

Info

Publication number: KR20120058171A
Application number: KR1020100119832A
Authority: KR
Inventors: 이대길; 김부기; 김병철; 윤순호; 김진규; 유하나; 임준우; 김기현; 최일범; 황윤정
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2010-11-29
Filing date: 2010-11-29
Publication date: 2012-06-07
Anticipated expiration: 2030-11-29
Also published as: KR101200019B1

Abstract

본 발명은 단열층을 구성하는 단위단열방벽들의 계면을 접합하기 위한 액화천연가스 운반선의 단열방벽 접합구조를 개시한다. 본 발명은 복수의 단위단열블록들의 계면을 덮도록 복수의 단위단열블록들 중 인접하는 두 개의 단위단열블록들의 표면에 제1 접착제층에 의하여 접합되어 있는 제1 스트립과, 두 개의 단위단열블록들의 표면과 제1 스트립의 가장자리를 덮도록 두 단위단열블록들의 표면과 제1 스트립의 가장자리에 제2 접착제층에 의하여 접합되어 있는 제2 스트립으로 구성된다. 본 발명에 의하면, 제1 스트립과 제2 스트립의 이중겹치기의 접합에 의하여 접합부에 작용되는 필응력과 응력집중을 분산시켜 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, LNG의 누설을 차단하는 밀폐 기능을 향상시키고, 접착제층의 파손을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

액화천연가스 운반선의 단열방벽 접합구조{STRUCTURE FOR CONNECTING INSULATION PROTECTIVE WALL LIQUEFIED NATURAL GAS TANK SHIP}

본 발명은 액화천연가스 운반선의 단열방벽 접합구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단열층을 구성하는 단위단열방벽들의 계면을 접합하기 위한 액화천연가스 운반선의 단열방벽 접합구조에 관한 것이다.

액화천연가스 운반선(Liquefied Natural Gas, LNG tank ship)의 탱크는 구형(Spherical type)과 멤브레인형(Membrane)으로 제작되고 있다. 멤브레인형 탱크는 모스 구형 탱크보다 적재용량이 크고 제작이 간편하여 현재 가장 널리 사용되고 있다. 멤브레인형 탱크는 프랑스의 가즈트랜스포트 이트 테크니가즈(Gaz Transport et Technigaz, France)사에 의하여 개발된 가즈 트랜스포트 시스템(Gaz transport system, GTT No96 type)과 테크니가즈 시스템(Technigaz system, GTT Mark-Ⅲ type)이 사용되고 있다.

가즈 트랜스포트 시스템은 열팽창이 낮은 인바강이 1차 방벽과 2차 방벽으로 사용되고 있으며, 1차 및 2차 방벽 사이는 펄라이트(Pearlite)가 채워진 단열박스가 사용되고 있다. 테크니가즈 시스템은 열변형으로 인한 팽창 및 수축을 흡수하기 위하여 격자모양의 주름이 형성되어 있는 스테인리스스틸 시트를 1차 방벽으로 사용하고, 알루미늄 박판의 양면에 유리섬유 복합재료가 접합된 형태의 트리플렉스 (Triplex)를 2차 방벽으로 사용하고 있다. 그리고 1차 및 2차 방벽 사이의 폴리우레탄폼Polyurethane form)이 단열재 역할을 한다. 두 시스템들의 가스기화율(BOR, Boil-off rate)은 비슷한 것으로 알려져 있으나, 인바 멤브레인에 비해 스테인리스스틸 및 트리플렉스의 가격이 싸고 시공이 간편하며 폴리우레탄폼의 단열효과가 뛰어나기 때문에 테크니가즈 시스템이 선호되고 있다.

미국 특허 제6,035,795호에는 탱크의 내벽에 샌드위치폼(Sandwich form)과 유리섬유강화복합재료 시트(Glass fiber reinforced composite sheet)로 제작되어 있는 보냉재에 의하여 단열방벽을 구성하는 기술이 개시되어 있다. 한국 등록특허공보 제10-0557354호에는 단열방벽의 이음매에 알루미늄포일과 유리섬유의 3중 구조를 갖는 트리플렉스 스트립(Triplex strip)을 열가소성수지로 접합하는 기술이 개시되어 있다.

한편, LNG 운반선의 단열방벽 접합구조는 단열방벽, 즉 폴리우레탄폼과 합판 등으로 이루어지는 단열 샌드위치 구조의 이음매를 스트립(Strip) 또는 시트의 단일겹치기(Single lap)에 의하여 접합하고 있다. 스트립은 섬유강화복합재료(Fiber Reinforced Composite, FRC) 또는 금속을 소재로 사용하고 있다. 스트립은 기밀성의 유지를 위하여 접착제에 의하여 접합하고 있다. 또한, 스트립의 접합부에는 필응력(Pell stress)이 작용되지 않도록 박리(Delamination)를 방지해야 한다.

그러나 극저온에서 변형되는 단열밀폐구조의 특성에 의하여 단일겹치기 구조에는 필응력이 필연적으로 발생되고 있다. 뿐만 아니라, 스트립의 말단에서의 응력집중(Stress-concentration)으로 인하여 접합부가 파손되는 문제가 있다. 따라서 구조적으로 취약한 스트립 접합구조의 신뢰성의 보장할 수 있는 설계와 제작이 요구되고 있다.

본 발명은 상기한 여러 가지 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 접합부에 작용되는 필응력과 응력집중을 분산시켜 신뢰성을 향상시킬 수 있는 LNG 운반선의 단열방벽 접합구조를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, LNG의 누설을 차단하는 밀폐 기능을 향상시키고, 접착제층의 파손을 방지할 수 있는 LNG 운반선의 단열방벽 접합구조를 제공함에 있다.

이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 복수의 단위단열블록들의 계면을 덮도록 복수의 단위단열블록들 중 인접하는 두 개의 단위단열블록들의 표면에 제1 접착제층에 의하여 접합되어 있는 제1 스트립과; 두 개의 단위단열블록들의 표면과 제1 스트립의 가장자리를 덮도록 두 단위단열블록들의 표면과 제1 스트립의 가장자리에 제2 접착제층에 의하여 접합되어 있는 제2 스트립을 포함하는 LNG 운반선의 단열방벽 접합구조에 있다.

본 발명의 다른 특징은, 복수의 단위단열블록들의 계면을 덮도록 복수의 단위단열블록들 중 인접하는 두 개의 단위단열블록들의 표면에 접착제층에 의하여 접합되어 있고, 말단부가 서로 중첩되어 있는 중첩접합부를 갖는 두 개의 제1 스트립들과; 중첩접합부에 개재되어 접착제층에 접합되어 있는 제2 스트립을 포함하는 LNG 운반선의 단열방벽 접합구조.

본 발명에 따른 LNG 운반선의 단열방벽 접합구조는 제1 스트립과 제2 스트립의 이중겹치기의 접합에 의하여 접합부에 작용되는 필응력과 응력집중을 분산시켜 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, LNG의 누설을 차단하는 밀폐 기능을 향상시키고, 접착제층의 파손을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 제1 실시예의 단열방벽 접합구조가 적용되어 있는 LNG 운반선의 일례를 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 제1 실시예의 단열방벽 접합구조가 적용되어 있는 LNG 운반선의 일례를 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 제1 실시예의 단열방벽 접합구조를 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 제2 실시예의 단열방벽 접합구조를 나타낸 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 제3 실시예의 단열방벽 접합구조를 나타낸 평면도,
도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ선 단면도,
도 7은 본 발명에 따른 제4 실시예의 단열방벽 접합구조를 나타낸 단면도,
도 8은 본 발명에 따른 제5 실시예의 단열방벽 접합구조를 나타낸 단면도이다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들과 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

이하, 본 발명에 따른 LNG 운반선의 단열방벽 접합구조에 대한 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1과 도 2에 본 발명에 따른 제1 실시예의 단열방벽 접합구조가 적용되어 있는 LNG 운반선의 일례가 도시되어 있다. 도 1과 도 2를 참조하면, LNG 운반선의 탱크는 벽(2)의 내측에 설치되는 제1 방벽(10), 제1 패널(Panel: 20), 제1 단열층(30), 제2 방벽(40), 제2 단열층(50)과 제2 패널(60)로 구성되어 있다.

제1 방벽(10)은 멤브레인(12)으로 구성되어 있으며, 멤브레인(12)에는 열변형으로 인한 수축 및 팽창이 가능하도록 복수의 주름(Corrugation: 14)들이 형성되어 있다. 멤브레인(12)은 스테인리스스틸 시트로 구성될 수 있다. 멤브레인(12)은 LNG와 접촉되어 액밀(Liquid tightness)을 지지하고, 액압 등의 하중은 제1 단열층(30), 제2 단열층(50) 등을 통하여 벽(2)에 전달한다.

제1 패널(20)은 제1 방벽(10)의 이면에 장착되어 있다. 제1 패널(20)은 플라이우드(Fly wood: 22), 샌드위치패널(Sandwich panel) 등으로 구성될 수 있다. 제1 단열층(30)은 제1 패널(20)의 이면에 구성되어 있다. 제1 단열층(30)은 제1 방벽(10)의 이면에 배열되어 있는 복수의 단위단열블록(32)들로 구성되어 있으며, 단위단열블록(32)들은 사각형으로 형성되어 있다. 단위단열블록(32)들은 우수한 단열성을 보유하는 단열재, 예를 들어 샌드위치폼, 폴리우레탄폼 등으로 구성될 수 있다.

제2 방벽(40)은 제1 단열층(30)과 제2 단열층(50) 사이에 구성되어 있다. 제2 방벽(40)은 스테인리스스틸, 알루미늄, 황동, 아연 등을 소재로 제작되어있는 시트로 구성될 수 있다. 또한, 제2 방벽(40)은 FRC 패널로 구성될 수 있다. 본 실시예에 있어서 제2 방벽(40)은 스테인리스스틸 시트로 구성되는 것이 바람직하다. 제2 단열층(50)은 제2 방벽(40)의 이면에 구성되어 있다. 제2 단열층(50)은 복수의 단위단열블록(52)들로 구성되어 있으며, 단위단열블록(52)들은 사각형으로 형성되어 있다. 본 실시예에 있어서 단위단열블록(52)들은 샌드위치폼, 폴리우레탄폼 등으로 구성될 수 있다. 바람직하기로 단위단열블록(52)들은 폴리우레탐폼의 표면에 합판, 섬유강화복합재료 시트 등이 접합되어 있는 샌드위치폼으로 구성된다.

단위단열블록(32)들 각각의 계면과 단위단열블록(52)들 각각의 계면은 LNG의 누출 방지를 위하여 서로 어긋나도록 배열되어 있다. 단위단열블록(32, 52)들은 예를 들어 LNG 운반선의 벽(2)에 사방으로 연속해서 배열된다. 단위단열블록(32, 52)들 사이에 접합을 위하여 퍼티(Putty)가 충전될 수 있다. 제2 패널(60)은 제2 방벽(40)의 이면에 밀착되어 있다. 제2 패널(60)은 플라이우드(62), 샌드위치패널 등으로 구성될 수 있다. 제2 패널(60)의 이면은 매스틱(Mastic: 64)에 의하여 LNG 운반선의 벽(2)의 내면에 부착되어 있으며, 매스틱(64)은 에폭시수지로 구성될 수 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 LNG 운반선의 단열방벽 접합구조는 단위단열블록(52)들의 계면에 접합되어 있는 제1 스트립(100)과, 제1 스트립(100)의 가장자리를 덮도록 단위단열블록(52)들의 상면과 제1 스트립(100)의 가장자리에 접합되어 있는 제2 스트립(110)으로 구성되어 있는 접합부(120)를 구비한다. 제1 및 제2 스트립(100, 110) 각각은 제1 및 제2 접착제층(102, 112)에 의하여 접합되어 있다.

이와 같은 제1 및 제2 스트립(100, 110)의 이중겹치기 구조는 극저온에서 단위단열블록(52)들의 열수축과 열응력에 의하여 접합부(120)에 작용되는 필응력과 제1 스트립(100)의 말단에서의 응력집중을 분산시킨다. 따라서 접합부(120)의 파손이 방지되어 신뢰성이 향상된다. 또한, 제1 및 제2 스트립(100, 110)의 이중겹치기 구조는 단위단열블록(52)들 사이에서 발생되는 LNG의 누설을 차단하는 밀폐 기능을 향상시킨다.

한편, 제2 방벽(40)의 시공 시 제1 접착제층(102)은 고온고압의 환경에서 경화시키는 것이 일반적이다. 제1 스트립(100)의 일부분은 제1 접착제층(102)의 경화 시 부여되는 압력에 의하여 호형(Arc shape)으로 변형된다. 제1 스트립(100)의 호형부는 극저온에서 평판에 가깝게 수축되면서 열수축량을 보상한다.

도 4에 본 발명에 따른 LNG 운반선의 단열방벽 접합구조의 제2 실시예가 도시되어 있다. 도 4를 참조하면, 제2 실시예의 단열방벽 접합구조는 서로 인접하는 두 개의 제1 스트립(200a, 200b)들은 그 가장자리가 서로 겹쳐져 제1 접착제층(202)에 의하여 접합되어 있는 중첩접합부(204)를 갖는다. 두 개의 제1 스트립(200a, 200b)들은 제1 접착제층(202)에 의하여 단위단열블록(52)들의 표면에 접합되어 있다. 제2 스트립(210)이 중첩접합부(204)의 표면을 덮도록 제2 접착제층(212)에 의하여 접합되어 있다. 제1 스트립(200a, 200b)들과 제2 스트립(210)의 접합에 의하여 구성되는 접합부(220)는 필응력과 응력집중을 분산시키고, LNG의 누설을 차단한다.

도 5와 도 6에 본 발명에 따른 LNG 운반선의 단열방벽 접합구조의 제3 실시예가 도시되어 있다. 도 5와 도 6을 참조하면, 제3 실시예의 단열방벽 접합구조는 4개의 단위단열블록(52)들이 교차되어 있는 부분에 대한 이중겹치기 구조이다. 두 개의 제1 스트립(300a, 300b)들이 단위단열블록(52)들의 계면을 교차하도록 제1 접착제층(302)에 의하여 접합되어 있다. 제2 스트립(310)이 두 개의 제1 스트립(300a, 300b)들이 교차되어 있는 표면을 덮도록 제2 접착제층(312)에 의하여 접합되어 있다. 제1 스트립(300a, 300b)들과 제2 스트립(310)의 접합에 의하여 구성되는 접합부(320)는 필응력과 응력집중을 분산시키고, LNG의 누설을 차단한다.

한편, 제1 접착제층(302)의 경화 중에 제1 스트립(300a, 300b)들의 교차 부분에서 제1 스트립(300a, 300b)들이 호형으로 수축되면, 제1 스트립(300a, 300b)들의 열응력을 감소시키는데 효과적이다. 하지만, 제1 스트립(300a, 300b)들의 수축이 과도하면, 제1 접착제층(302)의 두께가 증가하여 누설이 발생될 수 있다. 열응력에 의한 제1 스트립(300a, 300b)의 수축을 최소화하기 위하여 제1 스트립(300a, 300b)들은 강도가 높은 스테인리스스틸 시트로 구성되어 있다. 또한, 제2 스트립(310)은 섬유보강 시트로 구성될 수 있다.

도 7에 본 발명에 따른 LNG 운반선의 단열방벽 접합구조의 제4 실시예가 도시되어 있다. 도 7을 참조하면, 제4 실시예의 단열방벽 접합구조는 서로 인접하는 두 개의 제1 스트립(400a, 400b)들은 그 가장자리가 서로 겹쳐져 제1 접착제층(402)에 의하여 접합되어 있는 중첩접합부(204)를 갖는다. 두 개의 제1 스트립(400a, 400b)들은 제1 접착제층(402)에 의하여 단위단열블록(52)들의 표면에 접합되어 있다. 제2 스트립(410)이 중첩접합부(404)의 표면을 덮도록 제2 접착제층(412)에 의하여 접합되어 있다.

두 개의 제1 스트립(400a, 400b)들의 수축이 최소화되면, 제1 스트립(400a, 400b)에는 LNG의 운반에 따른 반복적인 열응력을 부여받아 피로응력(Fatigue stress)이 작용된다. 따라서 제1 스트립(400a, 400b)들은 강도가 높은 스테인리스스틸 시트로 구성되는 것이 피로응력에 의한 파손을 방지할 수 있다. 또한, 제1 접착제층(402)의 내부에서 발생하는 균열을 억제하기 위하여 보강섬유(430)가 단위단열블록(52)들과 제1 스트립(400a, 400b)들 사이에 제공되어 있다. 보강섬유(430)는 제1 접착제층(302)에 포함되어 있는 섬유시트, 단섬유, 장섬유로 구성될 수 있다. 보강섬유(430)는 유리섬유 또는 아라미드(Aramid) 섬유를 소재로 구성될 수 있다. 이러한 보강섬유(430)는 제1 내지 제3 실시예의 단열방벽 접합구조에 동일하게 적용될 수 있다.

도 8에 본 발명에 따른 LNG 운반선의 단열방벽 접합구조의 제5 실시예가 도시되어 있다. 도 8을 참조하면, 제5 실시예의 단열방벽 접합구조는 두 개의 제1 스트립(500a, 500b)들이 접착제층(502)에 의하여 중첩되어 있는 중첩접합부(504)에 대한 이중겹치기 구조이다. 제2 스트립(510)이 제1 스트립(500a, 500b)들의 중첩접합부(505) 사이에 개재되어 접합부(520)를 구성하고 있다. 제2 스트립(510)은 제2 접착제층(512)에 의하여 제1 스트립(500a, 500b)들 사이에 접합되어 있다. 비교적 강성 및 강도가 큰 제1 스트립(500a, 500b)들이 단일겹치기로 접합되어 있는 경우, 극저온에서 제1 스트립(500a, 500b)들을 접합하고 있는 접착제층(502)에 작용되는 열응력이 증가되어 접착제층(502)이 파손될 수 있다. 제1 스트립(500a, 500b)들의 중첩접합부(505)에 낮은 강성을 보유하는 제2 스트립(510)이 개재되는 것에 의하여 제2 접착제층(512)에 작용되는 열응력을 감소시킬 수 있다. 제1 스트립(500a, 500b)들은 스테인리스스틸 시트로 구성되고, 제2 스트립(510)은 섬유보강 시트로 구성될 수 있다.

이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

10: 제1 방벽 20: 제1 패널
30: 제1 단열층 32: 단위단열블록
40: 제2 방벽 50: 제2 단열층
52: 단위단열블록 60: 제2 패널
100, 200a, 200b, 300a, 300b, 400a, 400b, 500a, 500b: 제1 스트립
102, 202, 302, 402: 제1 접착제층 110, 210, 310, 400, 500: 제2 스트립
112, 212, 312, 410: 제2 접착제층 120, 220, 320, 420: 접합부
330: 보강섬유 502: 접착제층

Claims

복수의 단위단열블록들의 계면을 덮도록 상기 복수의 단위단열블록들 중 인접하는 두 개의 단위단열블록들의 표면에 제1 접착제층에 의하여 접합되어 있는 제1 스트립과;
상기 두 개의 단위단열블록들의 표면과 상기 제1 스트립의 가장자리를 덮도록 상기 두 단위단열블록들의 표면과 상기 제1 스트립의 가장자리에 제2 접착제층에 의하여 접합되어 있는 제2 스트립을 포함하는 액화천연가스 운반선의 단열방벽 접합구조.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 스트립은 두 개이며, 상기 두 개의 제1 스트립들의 말단부는 서로 중첩되어 상기 제1 접착제층에 의하여 중첩접합부를 이루고, 상기 제2 스트립은 상기 중첩접합부에 접합되어 있는 액화천연가스 운반선의 단열방벽 접합구조.
제 1 항에 있어서, 상기 복수의 단위단열블록들은 네 개이며, 상기 제1 스트립은 두 개이고, 상기 네 개의 단위단열블록들이 교차되는 부분에 상기 두 개의 제1 스트립들이 교차되도록 접합되어 있으며, 상기 제2 스트립은 상기 두 개의 제2 스트립들이 교차되는 부분에 접합되어 있는 액화천연가스 운반선의 단열방벽 접합구조.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 스트립의 강성은 상기 제1 스트립의 강성보다 낮은 액화천연가스 운반선의 단열방벽 접합구조.
제 4 항에 있어서, 상기 제1 스트립은 스테인리스스틸 시트로 이루어지고, 상기 제2 스트립은 섬유보강 시트로 이루어지는 액화천연가스 운반선의 단열방벽 접합구조.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 단위단열블록들과 상기 제1 스트립 사이의 상기 제1 접착제층에 보강섬유가 더 구비되어 있는 액화천연가스 운반선의 단열방벽 접합구조.
제 6 항에 있어서, 상기 보강섬유는 유리섬유, 아라미드섬유 중 어느 하나로 이루어지는 액화천연가스 운반선의 단열방벽 접합구조.
복수의 단위단열블록들의 계면을 덮도록 상기 복수의 단위단열블록들 중 인접하는 두 개의 단위단열블록들의 표면에 접착제층에 의하여 접합되어 있고, 말단부가 서로 중첩되어 있는 중첩접합부를 갖는 두 개의 제1 스트립들과;
상기 중첩접합부에 개재되어 상기 접착제층에 접합되어 있는 제2 스트립을 포함하는 액화천연가스 운반선의 단열방벽 접합구조.
제 8 항에 있어서, 상기 제 2 스트립의 강성은 상기 제1 스트립의 강성보다 낮은 액화천연가스 운반선의 단열방벽 접합구조.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 제1 스트립은 스테인리스스틸 시트로 이루어지고, 상기 제2 스트립은 섬유보강 시트로 이루어지는 액화천연가스 운반선의 단열방벽 접합구조.